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Biologie des invasions de fourmis dans un contexte de changement climatique
No full textClimate change and biological invasions are both among the greatest threats to biodiversity and their impacts might increase by the end of the century. Among invasive species, ants are a prominent group due to their negative impacts on native species, ecosystem processes, human and animal health, agro-ecosystems and the economy. The objective of this thesis was to forecast future ant invasions – especially in the light of on-going climate change, which is generally thought to favour invasive species by removing thermal barriers. I used three complementary approaches to study the potential of different ant species to invade in the future: species distribution modelling, behavioural experiments and the analysis of a database of ecological traits. I modelled suitable area for 15 of the worst invasive ant species, both currently and with predicted climate change, globally, regionally and within the world’s 34 biodiversity hotspots. Surprisingly, the potential distribution of only five species was predicted to increase (up to 35.8%) with climate change, with most declining by up to 63.3%. The ant invasion hotspots are predominantly in tropical and subtropical regions of South America, Africa, Asia and Oceanic islands, and particularly correspond with biodiversity hotspots. Contrary to general expectations, climate change and biological invasions will not systematically act synergistically for ants. In addition, I found that the impacts of climate change can change over time and even reverse the trend of the impact (i.e., an increase instead of a decrease or vice versa). However, ant invasions will likely remain as a major global problem, especially where invasion hotspots coincide with biodiversity hotspots. The species distribution models have identified large potentially overlapping distributions of several invasive ants. In the future, these species may arrive simultaneously in the same regions and compete with each other. In a series of experiments, I tested behavioural differences among 7 highly invasive ant species (Anoplolepis gracilipes, Paratrechina longicornis, Myrmica rubra, Linepithema humile, Lasius neglectus, Wasmannia auropunctata and Pheidole megacephala). I discovered two different behavioural strategies among invasive ants. Interactions at the colony level, exhibited more complex demographic processes and more variability. Further, I investigated resource competition and differences in resource exploitation. I found significant differences among species, with competitive abilities that were negatively correlated with behavioural dominance. This series of experiments suggests that the ‘mechanisms’ of invasiveness are more complex than previously thought and that different invasive ant species may use different behavioural strategies. Since there are more than 250 exotic species of ants, it would be interesting to identify potential future invaders. In order to identify traits associated with invasiveness in ants, I set up a database with 2193 ant species and 24 ecological characteristics. I performed a preliminary analysis of trait differences between native and invasive ants that shows clearly different clusters of invasive and native species, with exotic species in between. These results could be used as a basis to construct a predictive model of future ant invasions. The different methods used (models, experiments, database) are complementary in that they explore different aspects of the future ant invasions which are likely to be influenced by on-going climate change. The worst invaders of tomorrow may not be the same as today and similarly, areas most at risk are likely to change.Le changement climatique et les invasions biologiques sont parmi les plus grandes menaces de la biodiversité et leurs impacts pourraient augmenter jusqu’à la fin du siècle. Parmi les espèces envahissantes, les fourmis sont un groupe particulièrement néfaste dû à leurs impacts sur les espèces natives, les processus écosystémique, la santé, l’agriculture et l’économie. L’objectif de cette thèse était de prédire les invasions de fourmis – en particulier avec le changement climatique qui pourrait favoriser les invasions en éliminant des barrières thermiques. J’ai utilisé trois approches complémentaires afin d’étudier le potentiel de différentes espèces à envahir : des modèles de distribution, des expériences comportementales et l’analyses d’une base de données de traits écologiques. J’ai modélisé l’aire favorable pour 15 espèces de fourmis parmi les pires, à la fois globalement, par continents, et dans les 34 hotspots de biodiversité. La distribution potentielle de seulement cinq espèce est prédite de diminuer (jusqu’à 35.8%) avec le changement climatique et l’aire potentielle diminue pour la plupart des espèces jusqu’à 63.2%. Les hotspots d’invasions de fourmis se situaient surtout dans des régions tropicales et subtropicales et ils correspondent particulièrement aux hotspots de biodiversité. Contrairement à ce qui est généralement admis, le changement climatique et les invasions biologiques n’agiront pas de manière synergique pour les fourmis. Par contre, les invasions de fourmis resteront probablement un problème global majeur, en particuliers dans les zones où les hotspots de biodiversité et les hotspots d’invasion se superposent. Les modèles de distribution ont identifié de larges zones de recouvrement entre aires favorables de plusieurs espèces de fourmis envahissantes. Dans le futur, ces espèces pourraient arriver simultanément dans les mêmes régions et entrer en compétition. Dans une série d’expériences, j’ai testé les différences comportementales entre 7 espèces de fourmis envahissantes (Anoplolepis gracilipes, Paratrechina longicornis, Myrmica rubra, Linepithema humile, Lasius neglectus, Wasmannia auropunctata et Pheidole megacephala). J’ai découvert deux stratégies comportementales différentes. Les interactions au niveau de la colonie ont suivi des processus démographiques plus complexes. De plus, j’ai mis au point deux expériences pour tester la capacité des fourmis envahissantes à explorer un nouvel espace et à exploiter des ressources. J’ai trouvé des différences significatives entre espèces et leur capacité à dominer par interférence comportementale était négativement corrélée à leurs capacités à découvrir et exploiter des ressources. Cette série d’expériences suggère que les ‘mécanismes’ d’invasion sont plus complexes que ce qui est généralement suggéré et que différentes espèces pourraient utiliser des stratégies comportementales différentes. Étant donné qu’il existe plus de 250 espèces de fourmis exotiques, il serait intéressant de pouvoir identifier à l’avance des futurs envahisseurs potentiels. Afin d’identifier des traits associés au caractère envahissant des fourmis, j’ai mis en place une base de données qui contient 2193 espèces de fourmis et 24 traits écologiques. J’ai effectué une analyse préliminaire de différences de traits entre fourmis natives et envahissantes qui a montré qu’il existe clairement des groupement distincts de natives et envahissantes, avec les espèces exotiques au milieu. Ces résultats pourraient servir de base pour construire un modèle prédictif des invasions de fourmis. Ces différentes approches (modèles, expériences, base de données) sont complémentaires car elles s’intéressent à des aspects différents du futur des invasions de fourmis qui sera vraisemblablement fortement influencé par le changement climatique. Le pires envahisseurs de demain ne seront probablement pas les même qu’aujourd’hui et les zones les plus à risque pourraient changer également
Les guerres secrètes des fourmis
No full textOrganisées, disciplinées, dévouées... autant de termes que l'on retrouve fréquemment pour décrire les fourmis. Si vous avez déjà observé des colonnes de fourmis aller et venir sur votre terrasse, ce sont sûrement ces mots qui vous sont venus à l'esprit. On ne peut effectivement s'empêcher de s'émerveiller devant leur organisation invisible, sans petits chefs qui leur crient dessus, sans ordre apparent. Pas étonnant que des penseurs, philosophes et scientifiques de tous bords — monarchistes, anarchistes, communistes, féministes, capitalistes... — aient pris les fourmis comme des exemples parfaits de la société telle qu'ils l'envisageaient. Mais il y a un point fondamental que nous semblons tous ignorer : les sociétés de fourmis ne sont pas harmonieuses ! Qui dit coopération, dit aussi conflits. La vie en société génère des guerres à tous les niveaux, entre mêles et femelles, enfants et parents, entre castes et entre colonies. Certains conflits sont violents, comme les guerres entre colonies, les fourmis y déployant de véritables stratégies militaires, la mise en esclavage de fourmis d'une autre espèce ou encore l'explosion de fourmis kamikazes lors d'attentats-suicides. D'autres conflits sont plus discrets. Par exemple, chez certaines espèces, le sperme du mêle éjecte le matériel génétique de la mère de son ovule... permettant au père d'être l'unique parent de sa progéniture. Ces différents conflits sont au coeur de la recherche actuelle sur les fourmis. Quelle est leur origine, quelles stratégies d'apaisement existent, comment plusieurs espèces arrivent-elles à coexister ? Pourquoi n'y a-t-il pas d'espèce "super-dominante" qui extermine les autres ? Partons à la découverte des sociétés de fourmis, des luttes qui les animent et des tromperies et manipulations subtiles qui les habitent
Impacts of globalisation on biological invasions
No full textWe are in a period of dramatic global changes where human activities are causing massive biodiversity loss, pollution, and climate change. Species are increasingly introduced outside their native range through the globalization of human economies and societies, occasionally producing invasive species that threaten native ecosystems. Yet the mechanisms behind patterns of biological invasion are not well understood, particularly for organisms that are introduced unintentionally. There is an urgent need to understand the drivers of non-native species dispersal and establishment to inform appropriate policy and management responses. Non-native insects are widespread, diverse, and typically introduced unintentionally, making them an ideal system to study the impacts of globalization on biological invasions. In the first chapter of this thesis, we assessed insect movements with commodity trade, using nearly two million border interception records from inspections at air, land and maritime ports in six regions. We found that movements of plant and wood products were the main introduction pathway for insects, but a wide variety of commodities were involved. Insects in the same genus tended to share similar commodity associations. In the second chapter we studied factors determining the number of species exchanged between regions based on border interceptions and records of established insects. We found that trade intensity had a significant effect on the number of species being transported and establishing, as did the biogeographic region of origin. Countries with stronger economies supplied more transported species, and more species established when introduced within their native biogeographic region. In chapter three we explored the diversity and host generalism of entomophagous insects arriving in the USA with potential for accidental biological control. We found that natural enemies from 93 different families were intercepted, mainly with plants and plant products. About a third of natural enemy species arrived from more than one country, and two thirds were polyphagous host generalists. In chapter four we assessed the prevalence of asexual reproduction and feeding habits among thrips (order Thysanoptera) at different stages of the invasion process. We found that herbivores were over-represented and fungivores under- represented among non-native thrips. The capacity for asexual reproduction was increasingly common at progressive invasion stages. Together, these studies add to our understanding of human-mediated dispersal and invasion in insects. Targeted research will be essential for effective understanding, legislation, and management of invasive species going forwards.
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Nous vivons une période de changement global dramatique où les activités humaines sont à l'origine d'une perte massive de biodiversité, de pollution et de changement climatique. Les espèces sont de plus en plus souvent introduites en dehors de leur aire de répartition naturelle par le biais de la mondialisation des économies et des sociétés humaines, produisant parfois des espèces envahissantes qui menacent les écosystèmes indigènes. Pourtant, les mécanismes qui sous-tendent les modèles d'invasion biologique ne sont pas bien compris, en particulier pour les organismes introduits involontairement. Il est urgent de comprendre les moteurs de la dispersion et de l'établissement des espèces non indigènes afin d'éclairer des politiques et des mesures de gestion appropriées. Les insectes non indigènes sont très répandus, diversifiés et généralement introduits involontairement, ce qui en fait un système idéal pour étudier les impacts de la mondialisation sur les invasions biologiques. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous avons évalué les mouvements d'insectes dans le cadre du commerce des marchandises, en utilisant près de deux millions d’observations provenant d'inspections frontalières dans les ports aériens, terrestres et maritimes de six régions. Nous avons constaté que les mouvements de produits végétaux et de bois constituaient la principale voie d'introduction des insectes, mais qu'une grande variété de marchandises étaient aussi concernées. Les insectes d'un même genre ont tendance à être associés à des produits similaires. Dans le deuxième chapitre, nous avons étudié les facteurs qui déterminent le nombre d'espèces échangées entre les régions, en nous basant sur des observations aux frontières et des relevés d’établissements d'insectes. Nous avons constaté que l'intensité du commerce avait un effet significatif sur le nombre d'espèces transportées et établies, tout comme la région biogéographique d'origine. Les pays dont l'économie est plus forte fournissent plus d'espèces transportées, et plus d'espèces s'établissent lorsqu'elles sont introduites dans leur région biogéographique d'origine. Dans le troisième chapitre, nous avons étudié la diversité et le caractère généraliste des hôtes des insectes entomophages arrivant aux États-Unis, avec un potentiel de contrôle biologique accidentel. Nous avons constaté que des ennemis naturels de 93 familles différentes ont été interceptés, principalement avec des plantes et des produits végétaux. Environ un tiers des espèces d'ennemis naturels provenaient de plus d'un pays, et deux tiers étaient des généralistes polyphages. Dans le chapitre quatre, nous avons évalué la prévalence de la reproduction asexuée et les habitudes alimentaires des Thysanoptères à différents stades du processus d'invasion. Nous avons constaté que les herbivores étaient surreprésentés et les mycophages sous-représentés parmi les thrips non indigènes. La capacité de reproduction asexuée était de plus en plus fréquente à des stades d'invasion progressifs.
L'ensemble de ces études nous permet de mieux comprendre la dispersion par les activités humaines et les invasions d'insectes. Une recherche ciblée serait essentielle pour une compréhension, une législation et une gestion efficaces des espèces envahissantes à l'avenir
Flows of invasive ants worldwide to the United States
No full textInternational trade and human movements have accidentally transported thousands of species worldwide at an unprecedented scale. The resulting biological invasions are among the greatest drivers of species extinctions and can cause enormous economic losses. Understanding how globalization affects the accidental transport of species is urgent to prevent new invasions. However, global trade networks have had mixed success so far in explaining intercontinental species movements. Here, we show that commonly used proxies of global trade flows such as general imports and agricultural imports differed greatly from flows of alien ants from their donor regions to the United States. The analysis of 97 individual commodity flows revealed instead that plants and fruit imports, which are a small subset of all agricultural commodities, were associated with invasion flows. All 95 other commodities differed from flows of alien ants, including most "agricultural" commodities which had extremely heterogenous geographic origins. This highlights the need to know precisely which commodities serve as introduction pathways for a particular taxonomic group in order to explain invasion flows and identify likely source regions of future invasions in a world of changing trade relationships.See readme file.Data
Species distributions
To determine the number of alien ant species that have established in the continental US (that is, the 48 contiguous states plus Alaska), we used the georeferenced database Antmaps (antmaps.org; an authoritative database maintained and updated regularly by experts based on new records in the peer-reviewed scientific literature; Janicki et al. 2016). Currently, 98 alien ant species have spread across the continental US and have established at least at one outdoor location worldwide (in order to qualify as "alien species"). One of these species, Pheidole guineensis, was excluded from the analyses because its native range is unknown, which prevented the mapping of invasion flows for this species. To calculate the geographic profile representing the "flow" of established ant species from their donor regions to the US, we defined the species' native range as all countries containing native but no introduced populations. For species whose native range encompassed more than one world region, we weighted the flow from each of the world regions by the number of political regions where the species was recorded as native (that is, non-overlapping country or sub-country polygons representing states, counties, or islands, all of which are more homogenous in size than entire countries; Janicki et al. 2016). The most widespread species are occasionally introduced via bridgehead locations where they are already invasive and do not arrive directly from the native range (Bertelsmeier et al. 2018). Therefore, estimated "flows" between the native range of such species and the US may not reflect their actual introduction pathways. To avoid biases due to the bridgehead effect, we excluded the 46 most widespread species, with invaded ranges covering several world regions, from the analyses (WebTable 1).
Trade data
To calculate import flows to the US for different categories of commodities, we used the UN Harmonized Commodity Description and Coding System ("Harmonized System" or HS), an international nomenclature for product classification. The HS comprises approximately 5300 article or product descriptions grouped into 97 broad categories (WebTable 2). Import data (reported in US dollars) for all 97 broad categories of commodities were sourced from the US Census Bureau. We used import data for the 49 continental US states and 229 trade partner countries across the world, summed over the years 1991–2018. Data for this period comprised most of the exchanged commodity volumes since the beginning of the 20th century. We used records of inflation from the World Bank to convert trade records, which were expressed in US dollars for the year 2017. To standardize import profiles of geographic origins for each commodity, we divided imports arriving from each trading partner (in US dollars) by the total value of this commodity import to the US. This allowed representation of the relative contribution of different parts of the world to each commodity flow and avoided assigning greater weight to commodities with high monetary values. General import flows were calculated by summing all 97 individual commodity import flows, and agricultural trade flows were calculated by summing import flows of commodity categories 01–20. We also calculated a "plant and fruit" trade flow – often considered an important pathway for the transport of ants – by combining commodity categories 06, 07, and 08 (WebTable 3).
Statistical analyses
To test whether the flows of general trade, agricultural trade, and plant and fruit trade differed from the flow of alien species to the US, we used chi-square tests with 2000 Monte Carlo replicates to determine P values.
Correspondence analysis
To analyze the similarities of import flows of the 97 commodity categories, we performed a correspondence analysis (CA) on the import profiles of geographic origins for all commodity categories, after row standardization (Greenacre and Primicerio 2013). Each row represented the compositional data of import flows for a commodity category, with columns consisting of world regions. Differences among commodity profiles of geographic origins were represented in the two-dimensional space of the factorial map. The first two axes represented 59% of the total inertia. We added profiles of general trade, agricultural trade, and the plant and fruit trade flows, as well as the profile of alien species flows, to the CA space by projecting them as supplementary individuals (ie additional points that do not determine the axes, but can be plotted on the same factorial map using the same transformation).
Classification
To identify commodity flows that share the same geographic origins, we performed a classification of import profiles using a hierarchical cluster analysis. We first calculated Ward distances between the coordinates of the commodity categories in the CA space, keeping all five axes. Next, to test how many clusters constituted statistically significant groups among the 97 commodity profiles and four supplementary individuals (general trade, agricultural trade, plant and fruit trade, and alien species flows), we used a simple permutation test (Greenacre and Primicerio 2013) for determining homogeneous clusters of import profiles. This method allowed determination of the presence of nodes in the hierarchical clustering tree with levels lower than would be expected from dendrograms constructed on random permutations of the data. To generate distribution import flows from each world region under the null hypothesis that no differences exist among flows (ie geographic profiles for different commodities), we randomly permuted the data for each world region across commodity profiles (ie we performed column-wise permutations of the rows, where rows corresponded to commodities' profiles and columns corresponded to world regions). The test was performed with 999 permutations. The primary objective of the permutation testing was to define the level at which the tree should be cut in order to obtain non-random levels of homogeneous clustering in the set of profiles
Biologie des invasions de fourmis dans un contexte de changement climatique
No full textClimate change and biological invasions are both among the greatest threats to biodiversity and their impacts might increase by the end of the century. Among invasive species, ants are a prominent group due to their negative impacts on native species, ecosystem processes, human and animal health, agro-ecosystems and the economy. The objective of this thesis was to forecast future ant invasions – especially in the light of on-going climate change, which is generally thought to favour invasive species by removing thermal barriers. I used three complementary approaches to study the potential of different ant species to invade in the future: species distribution modelling, behavioural experiments and the analysis of a database of ecological traits. I modelled suitable area for 15 of the worst invasive ant species, both currently and with predicted climate change, globally, regionally and within the world’s 34 biodiversity hotspots. Surprisingly, the potential distribution of only five species was predicted to increase (up to 35.8%) with climate change, with most declining by up to 63.3%. The ant invasion hotspots are predominantly in tropical and subtropical regions of South America, Africa, Asia and Oceanic islands, and particularly correspond with biodiversity hotspots. Contrary to general expectations, climate change and biological invasions will not systematically act synergistically for ants. In addition, I found that the impacts of climate change can change over time and even reverse the trend of the impact (i.e., an increase instead of a decrease or vice versa). However, ant invasions will likely remain as a major global problem, especially where invasion hotspots coincide with biodiversity hotspots. The species distribution models have identified large potentially overlapping distributions of several invasive ants. In the future, these species may arrive simultaneously in the same regions and compete with each other. In a series of experiments, I tested behavioural differences among 7 highly invasive ant species (Anoplolepis gracilipes, Paratrechina longicornis, Myrmica rubra, Linepithema humile, Lasius neglectus, Wasmannia auropunctata and Pheidole megacephala). I discovered two different behavioural strategies among invasive ants. Interactions at the colony level, exhibited more complex demographic processes and more variability. Further, I investigated resource competition and differences in resource exploitation. I found significant differences among species, with competitive abilities that were negatively correlated with behavioural dominance. This series of experiments suggests that the ‘mechanisms’ of invasiveness are more complex than previously thought and that different invasive ant species may use different behavioural strategies. Since there are more than 250 exotic species of ants, it would be interesting to identify potential future invaders. In order to identify traits associated with invasiveness in ants, I set up a database with 2193 ant species and 24 ecological characteristics. I performed a preliminary analysis of trait differences between native and invasive ants that shows clearly different clusters of invasive and native species, with exotic species in between. These results could be used as a basis to construct a predictive model of future ant invasions. The different methods used (models, experiments, database) are complementary in that they explore different aspects of the future ant invasions which are likely to be influenced by on-going climate change. The worst invaders of tomorrow may not be the same as today and similarly, areas most at risk are likely to change.Le changement climatique et les invasions biologiques sont parmi les plus grandes menaces de la biodiversité et leurs impacts pourraient augmenter jusqu’à la fin du siècle. Parmi les espèces envahissantes, les fourmis sont un groupe particulièrement néfaste dû à leurs impacts sur les espèces natives, les processus écosystémique, la santé, l’agriculture et l’économie. L’objectif de cette thèse était de prédire les invasions de fourmis – en particulier avec le changement climatique qui pourrait favoriser les invasions en éliminant des barrières thermiques. J’ai utilisé trois approches complémentaires afin d’étudier le potentiel de différentes espèces à envahir : des modèles de distribution, des expériences comportementales et l’analyses d’une base de données de traits écologiques. J’ai modélisé l’aire favorable pour 15 espèces de fourmis parmi les pires, à la fois globalement, par continents, et dans les 34 hotspots de biodiversité. La distribution potentielle de seulement cinq espèce est prédite de diminuer (jusqu’à 35.8%) avec le changement climatique et l’aire potentielle diminue pour la plupart des espèces jusqu’à 63.2%. Les hotspots d’invasions de fourmis se situaient surtout dans des régions tropicales et subtropicales et ils correspondent particulièrement aux hotspots de biodiversité. Contrairement à ce qui est généralement admis, le changement climatique et les invasions biologiques n’agiront pas de manière synergique pour les fourmis. Par contre, les invasions de fourmis resteront probablement un problème global majeur, en particuliers dans les zones où les hotspots de biodiversité et les hotspots d’invasion se superposent. Les modèles de distribution ont identifié de larges zones de recouvrement entre aires favorables de plusieurs espèces de fourmis envahissantes. Dans le futur, ces espèces pourraient arriver simultanément dans les mêmes régions et entrer en compétition. Dans une série d’expériences, j’ai testé les différences comportementales entre 7 espèces de fourmis envahissantes (Anoplolepis gracilipes, Paratrechina longicornis, Myrmica rubra, Linepithema humile, Lasius neglectus, Wasmannia auropunctata et Pheidole megacephala). J’ai découvert deux stratégies comportementales différentes. Les interactions au niveau de la colonie ont suivi des processus démographiques plus complexes. De plus, j’ai mis au point deux expériences pour tester la capacité des fourmis envahissantes à explorer un nouvel espace et à exploiter des ressources. J’ai trouvé des différences significatives entre espèces et leur capacité à dominer par interférence comportementale était négativement corrélée à leurs capacités à découvrir et exploiter des ressources. Cette série d’expériences suggère que les ‘mécanismes’ d’invasion sont plus complexes que ce qui est généralement suggéré et que différentes espèces pourraient utiliser des stratégies comportementales différentes. Étant donné qu’il existe plus de 250 espèces de fourmis exotiques, il serait intéressant de pouvoir identifier à l’avance des futurs envahisseurs potentiels. Afin d’identifier des traits associés au caractère envahissant des fourmis, j’ai mis en place une base de données qui contient 2193 espèces de fourmis et 24 traits écologiques. J’ai effectué une analyse préliminaire de différences de traits entre fourmis natives et envahissantes qui a montré qu’il existe clairement des groupement distincts de natives et envahissantes, avec les espèces exotiques au milieu. Ces résultats pourraient servir de base pour construire un modèle prédictif des invasions de fourmis. Ces différentes approches (modèles, expériences, base de données) sont complémentaires car elles s’intéressent à des aspects différents du futur des invasions de fourmis qui sera vraisemblablement fortement influencé par le changement climatique. Le pires envahisseurs de demain ne seront probablement pas les même qu’aujourd’hui et les zones les plus à risque pourraient changer également
Invasion biology of ants under climate change
No full textLe changement climatique et les invasions biologiques sont parmi les plus grandes menaces de la biodiversité et leurs impacts pourraient augmenter jusqu’à la fin du siècle. Parmi les espèces envahissantes, les fourmis sont un groupe particulièrement néfaste dû à leurs impacts sur les espèces natives, les processus écosystémique, la santé, l’agriculture et l’économie. L’objectif de cette thèse était de prédire les invasions de fourmis – en particulier avec le changement climatique qui pourrait favoriser les invasions en éliminant des barrières thermiques. J’ai utilisé trois approches complémentaires afin d’étudier le potentiel de différentes espèces à envahir : des modèles de distribution, des expériences comportementales et l’analyses d’une base de données de traits écologiques. J’ai modélisé l’aire favorable pour 15 espèces de fourmis parmi les pires, à la fois globalement, par continents, et dans les 34 hotspots de biodiversité. La distribution potentielle de seulement cinq espèce est prédite de diminuer (jusqu’à 35.8%) avec le changement climatique et l’aire potentielle diminue pour la plupart des espèces jusqu’à 63.2%. Les hotspots d’invasions de fourmis se situaient surtout dans des régions tropicales et subtropicales et ils correspondent particulièrement aux hotspots de biodiversité. Contrairement à ce qui est généralement admis, le changement climatique et les invasions biologiques n’agiront pas de manière synergique pour les fourmis. Par contre, les invasions de fourmis resteront probablement un problème global majeur, en particuliers dans les zones où les hotspots de biodiversité et les hotspots d’invasion se superposent. Les modèles de distribution ont identifié de larges zones de recouvrement entre aires favorables de plusieurs espèces de fourmis envahissantes. Dans le futur, ces espèces pourraient arriver simultanément dans les mêmes régions et entrer en compétition. Dans une série d’expériences, j’ai testé les différences comportementales entre 7 espèces de fourmis envahissantes (Anoplolepis gracilipes, Paratrechina longicornis, Myrmica rubra, Linepithema humile, Lasius neglectus, Wasmannia auropunctata et Pheidole megacephala). J’ai découvert deux stratégies comportementales différentes. Les interactions au niveau de la colonie ont suivi des processus démographiques plus complexes. De plus, j’ai mis au point deux expériences pour tester la capacité des fourmis envahissantes à explorer un nouvel espace et à exploiter des ressources. J’ai trouvé des différences significatives entre espèces et leur capacité à dominer par interférence comportementale était négativement corrélée à leurs capacités à découvrir et exploiter des ressources. Cette série d’expériences suggère que les ‘mécanismes’ d’invasion sont plus complexes que ce qui est généralement suggéré et que différentes espèces pourraient utiliser des stratégies comportementales différentes. Étant donné qu’il existe plus de 250 espèces de fourmis exotiques, il serait intéressant de pouvoir identifier à l’avance des futurs envahisseurs potentiels. Afin d’identifier des traits associés au caractère envahissant des fourmis, j’ai mis en place une base de données qui contient 2193 espèces de fourmis et 24 traits écologiques. J’ai effectué une analyse préliminaire de différences de traits entre fourmis natives et envahissantes qui a montré qu’il existe clairement des groupement distincts de natives et envahissantes, avec les espèces exotiques au milieu. Ces résultats pourraient servir de base pour construire un modèle prédictif des invasions de fourmis. Ces différentes approches (modèles, expériences, base de données) sont complémentaires car elles s’intéressent à des aspects différents du futur des invasions de fourmis qui sera vraisemblablement fortement influencé par le changement climatique. Le pires envahisseurs de demain ne seront probablement pas les même qu’aujourd’hui et les zones les plus à risque pourraient changer également.Climate change and biological invasions are both among the greatest threats to biodiversity and their impacts might increase by the end of the century. Among invasive species, ants are a prominent group due to their negative impacts on native species, ecosystem processes, human and animal health, agro-ecosystems and the economy. The objective of this thesis was to forecast future ant invasions – especially in the light of on-going climate change, which is generally thought to favour invasive species by removing thermal barriers. I used three complementary approaches to study the potential of different ant species to invade in the future: species distribution modelling, behavioural experiments and the analysis of a database of ecological traits. I modelled suitable area for 15 of the worst invasive ant species, both currently and with predicted climate change, globally, regionally and within the world’s 34 biodiversity hotspots. Surprisingly, the potential distribution of only five species was predicted to increase (up to 35.8%) with climate change, with most declining by up to 63.3%. The ant invasion hotspots are predominantly in tropical and subtropical regions of South America, Africa, Asia and Oceanic islands, and particularly correspond with biodiversity hotspots. Contrary to general expectations, climate change and biological invasions will not systematically act synergistically for ants. In addition, I found that the impacts of climate change can change over time and even reverse the trend of the impact (i.e., an increase instead of a decrease or vice versa). However, ant invasions will likely remain as a major global problem, especially where invasion hotspots coincide with biodiversity hotspots. The species distribution models have identified large potentially overlapping distributions of several invasive ants. In the future, these species may arrive simultaneously in the same regions and compete with each other. In a series of experiments, I tested behavioural differences among 7 highly invasive ant species (Anoplolepis gracilipes, Paratrechina longicornis, Myrmica rubra, Linepithema humile, Lasius neglectus, Wasmannia auropunctata and Pheidole megacephala). I discovered two different behavioural strategies among invasive ants. Interactions at the colony level, exhibited more complex demographic processes and more variability. Further, I investigated resource competition and differences in resource exploitation. I found significant differences among species, with competitive abilities that were negatively correlated with behavioural dominance. This series of experiments suggests that the ‘mechanisms’ of invasiveness are more complex than previously thought and that different invasive ant species may use different behavioural strategies. Since there are more than 250 exotic species of ants, it would be interesting to identify potential future invaders. In order to identify traits associated with invasiveness in ants, I set up a database with 2193 ant species and 24 ecological characteristics. I performed a preliminary analysis of trait differences between native and invasive ants that shows clearly different clusters of invasive and native species, with exotic species in between. These results could be used as a basis to construct a predictive model of future ant invasions. The different methods used (models, experiments, database) are complementary in that they explore different aspects of the future ant invasions which are likely to be influenced by on-going climate change. The worst invaders of tomorrow may not be the same as today and similarly, areas most at risk are likely to change
Invasive ant and trade flows from continents to countries worldwide
No full textA major goal of invasion biology is to understand global species flows between donor and recipient regions. Our current view of such flows assumes that species are moved directly from their native to their introduced range. However, if introduced populations serve as bridgehead population that generate additional introductions, tracing intercontinental flows between donor and recipient regions misrepresents the introduction history. Our aim was to assess to what extent bridgehead effects distort our view of global species flows. We separately mapped "flows" of 252 alien ant species established on one to six continents, representing a gradient of relatively certain to completely unreliable flows. In 83% of countries, more than 50% of alien ants were established on six continents, indicating that flows to these countries are unreliable. Flows of species established on a single continent were linked to global trade flows, while flows including cosmopolitan species were not linked to global trade. It is crucial to account for bridgehead effects when assessing the biogeography and intercontinental flows of alien species. This is urgent for improving our understanding of how species are moved around the planet.Funding provided by: Programme de la Famille Sandoz – Monique de Meuron pour la relève universitaire*Crossref Funder Registry ID: Award Number: Funding provided by: Canton Vaud*Crossref Funder Registry ID: Award Number: Funding provided by: Canton VaudCrossref Funder Registry ID:Species distributions and flows
To determine the number of alien ant species that are established in each country, we used the geo-referenced database Antmaps (an authoritative database maintained and updated regularly by experts based on new records from the peer-reviewed scientific literature). The Antmaps database includes information on the native and alien ranges of 252 ant species (https://antmaps.org/?). We did not consider occurrence records that may be dubious (needing taxonomic verification). We kept both indoor and outdoor locations because all parts of the species' distribution are the consequence of human-mediated dispersal. Populations that occurred at indoor locations were also a possible source of new invasions, for example if material such as potted plants and soil are moved from an indoor location to a different location. The aim of our analyses was not to distinguish between factors (climate, habitat) filtering out species at the establishment stage of the invasion process, but to understand what drives global species movements. As all species records are a reflection of global species flows, we kept all records for the analyses presented in the main part of the manuscript.
We delimited the countries and continents based on the administrative database GADM version 3.6. For mapping, we used the Mollweide projection. We defined a species "flow" as the number of species introduced from one region to another region. To calculate the species flows from donor to recipient regions, we defined the species' native range as all countries containing native populations according to Antmaps. For species whose native range covers more than one continent, we weighted the flow from each of the continents by the number of political regions where the species is native (i.e., non-overlapping country or sub-country polygons, representing states, counties or islands and which are more homogenous in size than entire countries.
Countries
In total, 173 countries worldwide host alien ant species. To compare species flows, we focused on the 41 countries which had both species exotic in only one continent and species exotic in several continents. In that way, we were able to compare the different species flows for all alien species (hereafter ALL species) or species exotic in one continent (Exo1) or two (Exo2), three (Exo3), four (Exo4), five (Exo5) or all continents except Antarctica (Exo6).
Interception data
We have sourced previously published interception records for the United States and New Zealand from 1914-2013 (described in detail in Bertelsmeier et al. 2018, PNAS). In total, this dataset contains 69 alien ant species intercepted on cargo, goods, mail and baggage and has information on the country of origin for each interception, and therefore allows calculating the proportion of secondary interceptions for each species (i.e., the proportion of all interceptions of a species which come from a country where the species is not native).
Trade data
Most biological invasions arise via human-mediated transport, allowing species to establish in new geographic regions. In particular, accidental transport with traded commodities is an important dispersal pathway for insects in general and especially ants. We used general import flows to represent global flows of potential transport vectors. To calculate import flows to all countries, we used cumulative import data from 1998 to 2017 extracted from the UN Comtrade Database (United Nations Commodity Trade Statistics Database, http://comtrade.un.org/db/ (accessed May 2019)). This dataset contains dyadic trade flows between pairs of countries, given in US dollars per year. Such comprehensive data is not available for earlier periods; as most imports over the last two centuries have occurred during this recent period of globalization, we expect these relatively recent imports to have left their footprint on the flows of ants. Because no import data was available for four previously defined administrative units (Puerto Rico, Christmas Island, Norfolk Island and Marshall Islands), they were excluded from this analysis. The flows to each of the remaining 37 countries were standardized by dividing the flows by the total imports to each country in order to study variations in the proportions of geographic origins of the flows (and not the absolute quantities)
Invasion biology of ants under climate change
No full textLe changement climatique et les invasions biologiques sont parmi les plus grandes menaces de la biodiversité et leurs impacts pourraient augmenter jusqu à la fin du siècle. Parmi les espèces envahissantes, les fourmis sont un groupe particulièrement néfaste dû à leurs impacts sur les espèces natives, les processus écosystémique, la santé, l agriculture et l économie. L objectif de cette thèse était de prédire les invasions de fourmis en particulier avec le changement climatique qui pourrait favoriser les invasions en éliminant des barrières thermiques. J ai utilisé trois approches complémentaires afin d étudier le potentiel de différentes espèces à envahir: des modèles de distribution, des expériences comportementales et l analyses d une base de données de traits écologiques. J ai modélisé l aire favorable pour 15 espèces de fourmis parmi les pires, à la fois globalement, par continents, et dans les 34 hotspots de biodiversité. La distribution potentielle de seulement cinq espèce est prédite de diminuer (jusqu à 35.8%) avec le changement climatique et l aire potentielle diminue pour la plupart des espèces jusqu à 63.2%. Les hotspots d invasions de fourmis se situaient surtout dans des régions tropicales et subtropicales et ils correspondent particulièrement aux hotspots de biodiversité. Contrairement à ce qui est généralement admis, le changement climatique et les invasions biologiques n agiront pas de manière synergique pour les fourmis. Par contre, les invasions de fourmis resteront probablement un problème global majeur, en particuliers dans les zones où les hotspots de biodiversité et les hotspots d invasion se superposent. Les modèles de distribution ont identifié de larges zones de recouvrement entre aires favorables de plusieurs espèces de fourmis envahissantes. Dans le futur, ces espèces pourraient arriver simultanément dans les mêmes régions et entrer en compétition. Dans une série d expériences, j ai testé les différences comportementales entre 7 espèces de fourmis envahissantes (Anoplolepis gracilipes, Paratrechina longicornis, Myrmica rubra, Linepithema humile, Lasius neglectus, Wasmannia auropunctata et Pheidole megacephala). J ai découvert deux stratégies comportementales différentes. Les interactions au niveau de la colonie ont suivi des processus démographiques plus complexes. De plus, j ai mis au point deux expériences pour tester la capacité des fourmis envahissantes à explorer un nouvel espace et à exploiter des ressources. J ai trouvé des différences significatives entre espèces et leur capacité à dominer par interférence comportementale était négativement corrélée à leurs capacités à découvrir et exploiter des ressources. Cette série d expériences suggère que les mécanismes d invasion sont plus complexes que ce qui est généralement suggéré et que différentes espèces pourraient utiliser des stratégies comportementales différentes. Étant donné qu il existe plus de 250 espèces de fourmis exotiques, il serait intéressant de pouvoir identifier à l avance des futurs envahisseurs potentiels. Afin d identifier des traits associés au caractère envahissant des fourmis, j ai mis en place une base de données qui contient 2193 espèces de fourmis et 24 traits écologiques. J ai effectué une analyse préliminaire de différences de traits entre fourmis natives et envahissantes qui a montré qu il existe clairement des groupement distincts de natives et envahissantes, avec les espèces exotiques au milieu. Ces résultats pourraient servir de base pour construire un modèle prédictif des invasions de fourmis. Ces différentes approches (modèles, expériences, base de données) sont complémentaires car elles s intéressent à des aspects différents du futur des invasions de fourmis qui sera vraisemblablement fortement influencé par le changement climatique. Le pires envahisseurs de demain ne seront probablement pas les même qu aujourd hui et les zones les plus à risque pourraient changer également.Climate change and biological invasions are both among the greatest threats to biodiversity and their impacts might increase by the end of the century. Among invasive species, ants are a prominent group due to their negative impacts on native species, ecosystem processes, human and animal health, agro-ecosystems and the economy. The objective of this thesis was to forecast future ant invasions especially in the light of on-going climate change, which is generally thought to favour invasive species by removing thermal barriers. I used three complementary approaches to study the potential of different ant species to invade in the future: species distribution modelling, behavioural experiments and the analysis of a database of ecological traits. I modelled suitable area for 15 of the worst invasive ant species, both currently and with predicted climate change, globally, regionally and within the world s 34 biodiversity hotspots. Surprisingly, the potential distribution of only five species was predicted to increase (up to 35.8%) with climate change, with most declining by up to 63.3%. The ant invasion hotspots are predominantly in tropical and subtropical regions of South America, Africa, Asia and Oceanic islands, and particularly correspond with biodiversity hotspots. Contrary to general expectations, climate change and biological invasions will not systematically act synergistically for ants. In addition, I found that the impacts of climate change can change over time and even reverse the trend of the impact (i.e., an increase instead of a decrease or vice versa). However, ant invasions will likely remain as a major global problem, especially where invasion hotspots coincide with biodiversity hotspots. The species distribution models have identified large potentially overlapping distributions of several invasive ants. In the future, these species may arrive simultaneously in the same regions and compete with each other. In a series of experiments, I tested behavioural differences among 7 highly invasive ant species (Anoplolepis gracilipes, Paratrechina longicornis, Myrmica rubra, Linepithema humile, Lasius neglectus, Wasmannia auropunctata and Pheidole megacephala). I discovered two different behavioural strategies among invasive ants. Interactions at the colony level, exhibited more complex demographic processes and more variability. Further, I investigated resource competition and differences in resource exploitation. I found significant differences among species, with competitive abilities that were negatively correlated with behavioural dominance. This series of experiments suggests that the mechanisms of invasiveness are more complex than previously thought and that different invasive ant species may use different behavioural strategies. Since there are more than 250 exotic species of ants, it would be interesting to identify potential future invaders. In order to identify traits associated with invasiveness in ants, I set up a database with 2193 ant species and 24 ecological characteristics. I performed a preliminary analysis of trait differences between native and invasive ants that shows clearly different clusters of invasive and native species, with exotic species in between. These results could be used as a basis to construct a predictive model of future ant invasions. The different methods used (models, experiments, database) are complementary in that they explore different aspects of the future ant invasions which are likely to be influenced by on-going climate change. The worst invaders of tomorrow may not be the same as today and similarly, areas most at risk are likely to change.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF
International tracking of the COVID-19 invasion: an amazing example of a globalized scientific coordination effort
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