The Niche Concept under Contemporary Climate Change

I’m proud to announce the forthcoming PhD defense of Safaa Wasof who did her PhD under my supervision at Jules Verne University of Picardie (UPJV) within the research unit “Ecologie et dynamique des systèmes anthropisés” (Edysan, FRE3498 CNRS-UPJV). Safaa’s PhD defense is scheduled on Friday 27 November at 9H00 am at the Faculty of Pharmacy (Pôle Santé Saint Charles, 1 Rue des Louvels, 80037 Amiens Cedex, France). If you are somewhere around at that time, you are welcome to join. Please find below a short summary written by Safaa. You can also read more on Safaa’s work by downloading her papers on (i) “Disjunct populations of European vascular plant species keep the same climatic niches” and (ii) “Ecological niche shifts of understorey plants along a latitudinal gradient of temperate forests in north-western Europe“, both published in Global Ecology and Biogeography.

Ecological niche under climate change: conservatism and role in the biodiversity-ecosystem functioning relationship

Abstract: The scientific literature has shown a revival of interest in the concept of the ecological niche for the recent decades. This interest was largely promoted by the increasing use of species distribution models (SDMs) to inform conservation and management strategies in relation to climate change. In this thesis, I studied and used the concept of the ecological niche to answer two research questions which are heavily debated in ecology: the niche conservatism hypothesis and the relationship between biodiversity and ecosystem functioning. The first part of my work provides the first large-scale (i.e. Europe) assessment of the niche conservatism hypothesis between distinct populations of the same species and for a large number of vascular plant species (389 species) in their native geographical range. Main results from this work suggest that niche conservatism of vascular plant species is a widespread phenomenon. However, we also found that regional differences in niche width and optimum are common suggesting that other processes including adaptive responses are at play. Hence, while we conclude positively on the legitimacy of SDMs for predicting future species distributions, our results nevertheless show the importance of considering regional variations in the key parameters of species’ realized niche (cf. niche width and optimum) as well as the key mechanisms governing them (e.g. local adaptation), in order to accurately predict how these regional subtleties within the ecological space translate into the geographical space. In the second part of my thesis, I incorporated the concept of the ecological niche into the relationship between biodiversity and the net production of aboveground biomass in understory plant communities of temperate deciduous forests in Northern France. For this purpose, we first built a new set of diversity indices capturing the idea of ecological-niche diversity and then used it as an alternative or a complementary facet of biodiversity to test its relative importance for standing biomass in comparison with other facets of biodiversity that are more commonly used in ecology (cf. taxonomic and functional diversity). Among other things, results from this work highlight the importance of considering the ecological niche of species (sensu Hutchison) as an alternative and complementary facet of biodiversity having an important impact on ecosystem functioning, particularly the net production of aboveground biomass within the forest herb layer. These new findings suggesting a strong niche conservatism and supporting the idea to use the concept of the ecological niche as a facet of biodiversity will improve our understanding and our predictions of the effect of climate change on biodiversity and therefore on ecosystem functioning.

Keywords: community ecology, ecological niche, climate change, niche conservatism, biodiversity, vascular plants, forest.

Supervisors: Dr. Jonathan Lenoir & Prof. Guillaume Decocq, UR “Ecologie et dynamique des systèmes anthropisés” (Edysan, FRE 3498 CNRS), Jules Verne University of Picardie.

Exam committee: Prof. Antoine Guisan, Department of Ecology & Evolution, University of Lausanne; Prof. Martin Diekmann, Institute of Ecology, University of Bremen; Prof. Jean-Claude Gégout, UR “Laboratoire d’étude des resources forêts bois” (UMR 1092 LERFoB), AgroParisTech-ENGREF.

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Importance du Concept de Niche Ecologique en Contexte de Changement Climatique

Je suis fier d’annoncer que Safaa Wasof, étudiante en thèse à l’Université de Picardie Jules Verne (UPJV) dans l’unité de recherche “Ecologie et dynamise des systèmes anthropisés” (Edysan, FRE3498 CNRS-UPJV), soutiendra sa thèse publiquement le 27 Novembre prochain, à 9H00, en salle des thèses de la Faculté de pharmacie (Pôle Santé Saint Charles : 1 rue des Louvels, 80037 Amiens Cedex 1). Si vous êtes de passage dans les environs vous êtes la/le bienvenu(e). Ce fût un réel plaisir pour moi de travailler aux côtés de Safaa durant ces quatre dernières années (Octobre 2011 – Octobre 2015) et de co-encadrer son travail de thèse dont vous trouverez un résumé écrit par Safaa ci-dessous. Vous trouverez également plus d’informations sur les travaux de Safaa en lisant ses articles intitulés (i) “Disjunct populations of European vascular plant species keep the same climatic niches” et (ii) “Ecological niche shifts of understorey plants along a latitudinal gradient of temperate forests in north-western Europe“, tout deux publiés dans la revue Global Ecology and Biogeography.

La niche écologique en contexte de changement climatique : conservatisme et rôle dans la relation biodiversité-fonctionnement de l’écosystème

Résumé : Ces dernières décennies le concept de niche écologique a connu un véritable regain d’intérêt dans la littérature scientifique. Cet intérêt a été largement promu par l’utilisation croissante des modèles de distribution d’espèces (SDMs) pour informer sur les défis de conservation et de gestion liés aux changements globaux. Dans cette thèse, j’ai étudié et utilisé ce concept de niche écologique pour répondre à deux questions de recherches faisant l’objet d’importants débats en écologie : le conservatisme de la niche écologique et la relation entre biodiversité et fonctionnement de l’écosystème. Le premier volet de mes travaux a ainsi fournit une première estimation globale de l’hypothèse de conservation de la niche entre des populations distinctes de la même espèce et ce chez un grand nombre d’espèces vasculaires (389 espèces) dans leur aire géographique d’indigénat. Cette partie a permis de mettre en évidence que le conservatisme de la niche climatique réalisée est un phénomène répandu. Toutefois, des différences régionales dans les paramètres synthétiques de la niche (cf. l’amplitude et l’optimum de la niche) étaient fréquentes laissant la possibilité d’une adaptation locale potentielle des populations végétales au sein de chaque région. Ces résultats renforcent la légitimité des SDMs, mais ils montrent néanmoins l’importance de considérer les variations régionales de l’amplitude et de l’optimum de la niche réalisée des espèces, ainsi que les mécanismes clés qui les régissent (comme l’adaptation locale), dans les prédictions des SDMs quand il s’agit de traduire ces subtilités régionales dans l’espace géographique. Dans le deuxième volet de ma thèse, je me suis ensuite intéressée à utiliser le concept de niche écologique au service de l’étude de la relation entre biodiversité et un aspect particulier du fonctionnement des écosystèmes : la production nette de biomasse aérienne au sein de la strate herbacée forestière. Nous avons pour cela développé et intégré, pour la première fois, la notion de diversité des niches écologiques comme facette alternative ou complémentaire de la biodiversité et avons comparé son importance vis-à-vis des autres facettes de la biodiversité utilisées plus communément en écologie (cf. diversité taxonomique et fonctionnelle). Entre autres choses, cette partie a permis de démontrer l’importance de considérer la niche écologique des espèces (sensu Hutchison) en tant que facette de la biodiversité ayant un rôle important dans le fonctionnement de l’écosystème, plus particulièrement la production nette de biomasse aérienne des communautés végétales du sous-bois forestier. Dans un contexte de changement climatique, évaluer et étudier les conséquences éventuelles d’un degré élevé de conservatisme de la niche vis-à-vis des conditions climatiques sur la distribution des espèces et donc sur la biodiversité, ainsi que de comprendre la relation entre biodiversité et le fonctionnement de l’écosystème sont deux étapes incontournables pour améliorer notre compréhension ainsi que nos prédictions de l’effet du changement climatique sur la biodiversité et donc sur le fonctionnement des écosystèmes.

Mots-clés : biomasse, biodiversité, changement climatique, conservation de la niche, écologie des communautés, écologie fonctionnelle, écologie végétale, écosystème forestier, niche écologique, plantes vasculaires, productivité.

Encadrants : Dr. Jonathan Lenoir & Prof. Guillaume Decocq, UR “Ecologie et dynamique des systèmes anthropisés” (Edysan, FRE 3498 CNRS), Université de Picardie Jules Verne.

Membres du jury : Prof. Antoine Guisan, Department of Ecology & Evolution, University of Lausanne; Prof. Martin Diekmann, Institute of Ecology, University of Bremen; Prof. Jean-Claude Gégout, UR “Laboratoire d’étude des resources forêts bois” (UMR 1092 LERFoB), AgroParisTech-ENGREF.