Impacts de changements environnementaux sur la biodiversité néotropicale : réponses structurelles et fonctionnelles des réseaux trophiques faunistiques des broméliacées à réservoirs

English. Neotropical forests shelter an astonishing and underrated biodiversity. The integrity and stability of these natural ecosystems are threatened by human-induced environmental changes. Therefore, highlighting the determinants of ecosystem functioning, be they natural or anthropogenic, is a daunting but paramount scientific challenge. The intrinsic complexity of highly diversified ecosystems arouses both conceptual and logistical difficulties, which we handle, by manipulating tiny ecosystems, the tank bromeliads. The leaves of tank bromeliads form wells that hold rainwater and intercept leaf litter, allowing for a simple invertebrate aquatic community to thrive. These plants can be exhaustively sampled, are naturally replicated, and widely distributed. From local to biogeographic scales, this thesis aims at understanding how these communities respond to the natural heterogeneity of Amazonian forests, and at predicting the impacts of human-induced disturbances on the structure and functioning of these communities, using in situ and lab experiments. Particular focus is attributed to the influence of some aspects of climate changes (e.g., warming, and various precipitations scenarios) on individual physiology, behavior, and trophic interactions. Despite a high turnover in invertebrate species composition across localities (influence of local factors and historical processes), main ecosystem functions were consistently ensured by a densely interconnected core of detritivores and microorganisms. This functional core was found in all studied localities and unceasingly fueled by leaf litter and terrestrial invertebrate carcasses. Regarding the disturbances we applied, the dynamics of populations and communities were more stable than expected. This stability is conferred by the morphology of the host plant, the resistance traits of aquatic invertebrates and the spatial-temporal segregation of species niches, which altogether buffered fluctuations in environmental conditions. The various empirical and manipulative approaches used in this thesis have highlighted interactions between environmental changes and the responses of communities that are independent of the spatial scales considered and may be shared by several ecosystems varying in size.

French. Les forêts néotropicales accueillent une importante biodiversité encore méconnue. L’intégrité des écosystèmes naturels est menacée par les changements environnementaux (e.g., réchauffement climatique, destruction des habitats), par conséquent, identifier les facteurs structurants, naturels et anthropiques, du fonctionnement des écosystèmes, représente un défi scientifique crucial. L’inhérente complexité de ces milieux diversifiés pose de nombreux problèmes conceptuels et logistiques comme un échantillonnage exhaustif et/ou l’identification des espèces. Les broméliacées à réservoirs sont des écosystèmes miniatures adéquats pour pallier ces difficultés, car elles retiennent de l’eau de pluie et accumulent de la matière organique au creux de leurs feuilles, permettant ainsi de supporter des réseaux trophiques simples d’invertébrés aquatiques. Elles peuvent être échantillonnées exhaustivement, ont une forte abondance locale, et une large aire de répartition. De l’échelle locale à biogéographique, les travaux de cette thèse visent d’abord à comprendre comment ces communautés se structurent en réponse à l’hétérogénéité naturelle des forêts amazoniennes (e.g., ouverture de la canopée, fluctuations climatiques saisonnières), puis tente de prédire, par le biais d’expérimentations in situ et au laboratoire les réponses structurelles et fonctionnelles de ces communautés à divers scénarios de changement climatique. Une attention particulière a été portée sur l’impact de la température et des précipitations sur la physiologie et le comportement d’espèces clefs, et sur les interactions trophiques au sein des communautés. En dépit d’un renouvellement important des espèces d’invertébrés entre localités, les principales fonctions écosystémiques (e.g., décomposition) sont assurées de façon constante par un cœur densément connecté de détritivores et de micro-organismes. Ce cœur fonctionnel est présent sur l’ensemble de l’aire de distribution des broméliacées à réservoirs, et alimenté par la chute de litière et de cadavres d’invertébrés terrestres. La dynamique des populations et des communautés s’est révélée plus stable que supposé face aux perturbations appliquées dans ces travaux. Cette stabilité est conférée par les caractéristiques morphologiques de la plante hôte qui tamponnent les fluctuations environnementales, par les différents traits de résistances des espèces d’invertébrés, et par la ségrégation spatio-temporelle des niches des espèces. Ces différentes approches empiriques et expérimentales ont permis de mettre en évidence des interactions entre les changements environnementaux et la réponse des communautés qui soient indépendantes des échelles spatiales considérées et qui sembleraient communes à divers écosystèmes de plus grandes tailles.