Etude taxonomique et biogéographique des plantes endémiques d'Afrique centrale atlantique: le cas des Orchidaceae

Cette étude phytogéographique porte sur la famille des Orchidaceae et est basée sur l’analyse de la distribution des taxons endémiques de l’ACA. Elle s’appuie sur un jeu de données original résultant d’un effort d’échantillonnage important au Cameroun et d’un travail d’identification et de localisation de spécimens dans les principaux herbaria européens abritant des collections d’ACA. Durant cette étude, (i) nous avons tout d’abord identifié ces taxons endémiques et documenté leur distribution au travers de plusieurs contributions taxonomiques et floristiques, (ii) nous nous sommes ensuite intéressé aux nouvelles méthodes permettant d’analyser ces données d’herbier de plantes rares et donc pauvrement documentées, testant aussi l’intérêt des Orchidaceae comme marqueurs chorologiques, et finalement, appliquant ces méthodes à notre jeu de données, (iii) nous avons délimité des centres d’endémisme et identifié les territoires phytogéographiques des Orchidaceae en ACA.

(i) Une révision taxonomique des genres Chamaeangis Schltr. et Stolzia Schltr. a été réalisée respectivement. Sept nouveaux taxons ont été décrits: Angraecum atlanticum Stévart & Droissart, Chamaeangis spiralis Stévart & Droissart, Chamaeangis lecomtei (Finet) Schltr. var. tenuicalcar Stévart & Droissart, Polystachya engogensis Stévart & Droissart, Polystachya reticulata Stévart & Droissart, Stolzia repens (Rolfe) Summerh var. cleistogama Stévart, Droissart & Simo et Stolzia grandiflora P.J.Cribb subsp. lejolyana Stévart, Droissart & Simo. Plusieurs notes taxonomiques, phytogéographiques et écologiques supplémentaires ont également été redigées. Au total, nous avons identifié 203 taxons d’Orchidaceae endémiques d’ACA parmi lesquels 193 sont pris en compte pour l’étude des patrons d’endémisme.

(ii) Au Cameroun, les patrons de distribution des Orchidaceae et des Rubiaceae endémiques d’ACA ont été étudiés conjointement. Des méthodes de rééchantillonnage des données (raréfaction) ont été appliquées pour calculer des indices de diversité et de similarité. Elles ont permis de corriger les biais liés à la variation de l’effort d’échantillonnage. Un gradient de continentalité a été observé, les parties côtières étant les plus riches en taxons endémiques d’ACA. Contrairement à la région du Mont Cameroun et aux massifs de Kupe/Bakossi qui ont connu une attention particulière des politiques et des scientifiques, la partie côtière du sud Cameroun, presque aussi riche, reste mal inventoriée pour plusieurs familles végétales.

Cette analyse à l’échelle du Cameroun a également permis de comparer les patrons d’endémisme des Orchidaceae et des Rubiaceae. Les différences observées seraient principalement dues à la présence d’Orchidaceae terrestres dans les végétations basses et les prairies montagnardes de la dorsale camerounaise alors que les Rubiaceae sont généralement peu représentées dans ces habitats. Au sein des habitats forestiers, la concordance entre les patrons d’endémisme des Orchidaceae et des Rubiaceae remet en question l’utilisation des capacités de dispersion des espèces comme critère pour choisir les familles permettant l’identification des refuges forestiers et semble ainsi confirmer la pertinence de l’utilisation des Orchidaceae comme marqueur chorologique.

La distribution potentielle a été utilisée pour étudier en détail l’écologie, la distribution et le statut de conservation de Diceratostele gabonensis Summerh., une Orchidaceae endémique de la région guinéo-congolaise uniquement connue d’un faible nombre d’échantillons. Cette méthodologie semble appropriée pour compléter nos connaissances sur la distribution des espèces rares et guider les futurs inventaires en Afrique tropicale.

(iii) En ACA, les Orchidaceae permettent d’identifier plusieurs centres d’endémisme qui coïncident généralement avec ceux identifiés précédemment pour d’autres familles végétales. Ces constats supportent aussi l’utilisation des Orchidaceae comme marqueur chorologique. La délimitation des aires d’endémisme des Orchidaceae a ainsi permis de proposer une nouvelle carte phytogéographique de l’ACA. Les éléments phytogéographiques propres à chacune des dix phytochories décrites ont été identifiés et leurs affinités floristiques discutées. Les résultats phytogéographiques obtenus (a) soutiennent l’existence d’une barrière phytogéographique matérialisée par la rivière Sanaga entre les deux principaux centres et aires d’endémisme de l’ACA, (b) étendent l’archipel afromontagnard situé principalement au Cameroun au plateau de Jos (Nigeria) et (c) montrent l’importance de la chaîne montagneuse morcelée Ngovayang-Mayombe pour la distribution de l’endémisme en ACA. Cette chaîne de montagne, qui s’étend le long des côtes de l’océan du sud Cameroun au Congo-Brazzaville et qui correspond à plusieurs refuges forestiers identifiés par de nombreux auteurs, est ici considérée comme une seule aire d’endémisme morcelée./

Atlantic central Africa (ACA) covers the Lower Guinean Domain, the four islands of the Gulf of Guinea and a part of the afromontane archipelago. Different centres of endemism have been identified into this area and are usually considered as related to glacial forest refuges. However, the origin of this endemism, the localization of the centres and the methods employed to identify these centres are subject to debate. Yet, the localization of these centres of endemism and the identification of the rare plants they harbor is an essential prerequisite to setting up rational conservation policies, and remains a priority for private, institutional and governmental organizations which are dealing with the sustainable management of biodiversity.

This phytogeographical study focuses on Orchidaceae and analyses the distribution of the taxa endemic to ACA. We use an original dataset resulting from an important sampling efforts and the identification of specimens coming from all the principal herbaria where collections from ACA are housed. During this study, (i) we first identified the taxa endemic to ACA and documented their distribution through several taxonomic and floristic contributions, (ii) we used and developed new methods allowing to correct for sampling bias associated with the use of rare and poorly documented taxa, testing at the same time the use of Orchidaceae as chorological markers, and finally, applying these methods to our dataset, (iii) we delimited the centres of endemism and identified the phytogeographical territories of Orchidaceae in ACA.

(i) A taxonomic revision of Chamaeangis Schltr. and Stolzia Schltr. respectively was carried out. Seven new taxa were described: Angraecum atlanticum Stévart & Droissart, Chamaeangis spiralis Stévart & Droissart, Chamaeangis lecomtei (Finet) Schltr. var. tenuicalcar Stévart & Droissart, Polystachya engogensis Stévart & Droissart, Polystachya reticulata Stévart & Droissart, Stolzia repens (Rolfe) Summerh var. cleistogama Stévart, Droissart & Simo and Stolzia grandiflora P.J.Cribb subsp. lejolyana Stévart, Droissart & Simo. Several additional taxonomic, phytogeographical and ecological notes were also published. We finally identified 203 Orchidaceae taxa endemic to ACA, among which 193 were used to study the patterns of endemism.

(ii) In Cameroon, the distribution patterns of both Orchidaceae and Rubiaceae endemic to ACA were studied. Subsampling methods (rarefaction) were applied to calculate diversity and similarity indices and to correct potential bias associated with heterogeneous sampling intensity. A gradient of continentality was confirmed in Cameroon, the coastal part being the richest in taxa endemic to ACA. The Cameroon Mountain and the Kupe/Bakossi mountain massifs have received a great consideration of politics and scientists. On the contrary, the Southern coastal part of Cameroon, though almost as rich as the Northern part, remains poorly known for several plant families.

This analysis also allowed us to compare patterns of endemism of Orchidaceae and Rubiaceae. The differences observed could be mainly due to the terrestrial habit of some Orchidaceae, which are only found in the grasslands of the highest part of the Cameroonian volcanic line where endemic Rubiaceae are rare. Within forest habitats, the concordance between the patterns of endemism of Orchidaceae and Rubiaceae question the widespread use of dispersal ability as a selection criterion for the families used to identify forest refuges. This also confirms the relevance of Orchidaceae as chorological marker.

Species distribution modelling was used of an in depth study of the ecology, the distribution and the conservation status of Diceratostele gabonensis Summerh., an Orchidaceae endemic to the Guineo-Congolian regional centre of endemism which is only known from very few collections. This method is proved to be appropriate to complete our knowledge on the distribution of rare plant species and to guide the future inventories in tropical Africa.

(iii) In ACA, an analysis of the distribution of endemic Orchidaceae confirmed the presence and location of several centres of endemism previously identified on the basis of other plant families. This result again supports the use of Orchidaceae as a chorological marker. The chorological study of the endemic Orchidaceae allowed us to propose a new phytogeographical map for ACA. Phytogeographical elements for each of the ten phytochoria described were identified and their floristic affinities were also discussed. Our results (a) support the existence of a phytogeographical barrier, materialized by the Sanaga River, between the two main centres and area of endemism of the ACA, (b) extend the limits of the afromontane archipelago to the Jos Plateau in Nigeria and (c) show the importance of the Ngovayang-Mayombe line to explain the distribution of endemism in ACA. This mountainous line, stretching along the ocean coast from Southern Cameroon to Congo-Brazzaville, corresponds to several forest refuges identified by many authors, and is here considered as an unique but discontinuous area of endemism.