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LEcologie spatiale dans un contexte de Biologie Evolutive Jean-Michel Gaillard Directeur de Recherche CNRS Unité Mixte de Recherche 5558 Biométrie et Biologie.

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1 LEcologie spatiale dans un contexte de Biologie Evolutive Jean-Michel Gaillard Directeur de Recherche CNRS Unité Mixte de Recherche 5558 Biométrie et Biologie Evolutive Université Claude Bernard Lyon 1 - CNRS

2 Ecologie spatiale « étude des relations existant entre les organismes et leur environnement, avec l'emphase particulière sur la composante spatiale de ces interactions »

3 Organismes et environnement: lexemple du changement climatique Signal Printemps plus précoce Fréquence augmentée des perturbations extrêmes Réponse Résister Bouger (séchapper dans lespace) Sadapter (séchapper dans le temps)

4 Mouvement Permet une réponse sur une base spatiale Exemple de la migration saisonnière Valeur adaptative du mouvement très peu étudiée

5 Mouvement Permet à lindividu daccéder aux ressources qui lui sont nécessaires pour survivre et se reproduire Est potentiellement central dans le contexte de la biologie évolutive

6 Des bases de la biologie évolutive à lacquisition des ressources

7 Un seul « théorème » en biologie évolutive Fisher (1930): Théorème fondamental de la sélection naturelle Le taux de croissance de la valeur sélective moyenne dun organisme à un temps donné obtenu par sélection naturelle par lintermédiaire de changements dans la fréquence des gènes est exactement égal à la variance génétique de la valeur sélective à ce temps

8 Principe dallocation dénergie et « Trade- offs » Pas daugmentation de la valeur sélective au cours du temps observé dans la plupart des situations Un mélange complexes de relations positives et négatives entre variation des traits et valeur sélective Cody (1966) et Williams (1966) proposent le principe dallocation dénergie

9 Trade-offs: Concept de base - Reproduction Survival Energie disponible Suppose une variation dans lallocation des ressources seulement

10 « Trade-offs »: Concept de base - + Van Noordwjick & De Jong 1986 Reproduction Survival Reproduction + Suppose une variation dans lacquisition des ressources seulement

11 « Trade-offs » : Concept de base La direction du trade-off dépend de l équilibre entre deux sources de variation: Acquisition Acquisition des ressources Disponibilité des ressources Capacité des individus à exploiter les ressources (qualité) Allocation Allocation des ressources Reproduction Survival Reproduction Survival « trade-offs » plus probables quand : Forte variance dans lallocation des ressources Faible variance dans lacquisition des ressources

12 Une théorie lOptimal foraging theory a été proposée la même année que le Principe dallocation dénergie par Mc Arthur et Pianka Cette théorie stipule que les organismes acquièrent leur nourriture de façon à maximiser la quantité dénergie nette par unité de temps Acquisition des ressources

13 Performance individuelle et habitat Habitat ? Pour une grande variété de questions Performance

14 Questions les plus fréquentes Identifier les facteurs déterminant la présence dune espèce donnée -> Niche Ecologique Mesurer la part de variation de survie ou de reproduction associée à des variations dhabitat -> Dynamique de Population/Valeur sélective Comprendre le comportement alimentaire en relation avec la disponibilité ditems alimentaires à lintérieur dun patch -> Optimal Foraging

15 La métrique pour mesurer la performance varie… Niche écologique Dynamique de Population « Optimal Foraging » P(extinction) Valeur sélective Gain énergétique -> Est-ce que les mesures dhabitat doivent différer ?

16 Le concept d habitat: quelques définitions

17 Quest-ce que lhabitat? A distinctive set of physical environmental factors that individuals of a given species use for their reproduction and survival … mais une telle définition inclut lutilisation et même la sélection! Quid des habitats qui sont présents mais sont contre-sélectionnés? L habitat est-il: Continu ou discontinu? Une définition valable à toutes les échelles? Souvent défini comme: Laire détude! La disponibilité totale des ressources

18 Utilisation dhabitat « The way in which an individual or species uses habitats to meet its life history needs »

19 Sélection dhabitat A hierarchical process of behavioural responses that may result in the disproportionate use of habitats …qui influence la performance Mesure lécart entre la disponibilité et lutilisation Beaucoup dapproches et de méthodes différentes! RSF, ENFA, MADIFA, KSELECT….

20 Sélection dhabitat Un continuum de niveaux de sélection: Depuis la sélection dun item alimentaire par un individu donné jusquà la sélection dune niche écologique by lensemble des individus dune espèce donnée Quatre niveaux hiérarchiques de sélection principaux (Johnson 1980 Ecology) 1 er ordre: sélection pour une aire de distribution 2 nd ordre: sélection pour un domaine vital 3 ième ordre: sélection pour un patch 4 ième ordre: sélection pour un item alimentaire

21 Une théorie pour la sélection dhabitat

22 Densité Performance Habitat 2 * * ** ** Ideal Free Distribution From Morris 2006 Nature Density-Dependent Habitat Selection Habitat 1

23 Seulement une valeur heuristique! Animaux non omniscients Animaux non libres Stochasticité environnementale Données empiriques Chevreuil, Mouton de Soay, Cerf, Kangourous, … Rejet de lIFD

24 Lee plus souvent, il y a une variation spatiale de la performance Le chevreuil comme exemple

25 Analyses aux échelles 2 et 3 de Johnson

26 Influence de la qualité dhabitat sur le LRS des femelles McLoughlin et al Ecology

27 Mesure de la qualité de lhabitat Observations régulières de femelles marquées durant la période de soins maternels (mai-décembre) à léchelle de la parcelle forestière -> détermination du LRS Domaine vital maternel appréhendé par lagrégation des parcelles où une femelle donnée a été vue durant sa vie (moyenne de 12.1 ± 6.8 ha) -> sélection d habitat à léchelle du domaine vital

28 Estimations du modèle de régression (LRS en variable réponse) ParamètreEstimationSE Ordonnée à lorigine prairies) Densité de route Log(âge des prairies) (forêt mature)

29 Conclusions Meilleur modèle avec fort pouvoir explicatif (R 2 = 0.59) Femelles avec domaine vital incluant prairies et forte densité de route avec un LRS beaucoup plus élevé

30 LRS en fonction de la qualité de lhabitat LRS

31 Forte co-variation positive entre disponibilité des ressources, utilisation, et sélection des types dhabitat

32 Quelques questions non- résolues et perspectives

33 Mesurer la qualité de lhabitat Densité de population? e.g. Van Horne [1983] vs Bock and Jones [2004] Performance des individus? effets confoundants des infuences non associées à lhabitat Rôle des variables non-reliées à lhabitat? prédation, compétition, attraction,... Mais est-ce vraiment indépendant de lhabitat? Simplement lenvironnement physique? probablement non: la quality est une caractéristique specific de lespèce Un sujet controversé … … quelquefois oublié!

34 Impliquer des perspectives en termes dhistoire de vie dans les problématiques de sélection dhabitat Plus rapide dobtenir des données dutilisation/sélection dhabitat à court terme plutôt que des données sur la performance individuelle à long terme Qualité de lhabitat spécifique à lespèce, à la population, voire même à lindividu ou à lannée Une question difficile

35 Conséquence: une réponse fonctionelle non-linéaire

36 Combiner histoire de vie & sélection dhabitat: importance pour la conservation Les caractéristiques de lhabitat qui sont préférées ou le plus utilisées ne sont pas forcément celles qui déterminent la performance individuelle -> analyses de sensibilité des mesures de performance aux caractéristiques de lhabitat, pour une utilisation en biologie de la conservation?

37 Une étude de cas sur le mouton de Soay à léchelle de la population Ezard et al Am. Nat

38 Objectifs Asseoir la contribution relative des composantes de la valeur sélective au taux de croissance à long terme de la population en fonction de lhabitat Une analyse demographique stochastique 3 types dhabitat de qualité variable (au cours du temps) Herbe basse, fort NAO Herbe haute, faible NAO Herbe haute, fort NAO

39 Le contexte

40 Les résultats

41 Conclusions La contribution des composantes de la valeur sélective au changement de taux de croissance de la population dépend de la qualité de lhabitat Le rôle de la survie prédomine toujours mais est moins fort pour lhabitat de meilleure qualité Les femelles adultes contribuent moins dans lhabitat de meilleure qualité Les juvéniles contribuent le plus quand la qualité de lhabitat est la plus forte

42 Problèmes déchelle Faire correspondre le temps, lespace, et la mesure de performance

43 ESPACE TEMPS Item alimentaire Patch Domaine vital Aire détude Distribution de lespèce sec/min min/heure jour /an 10 2 ans 10 6 ans Performance Espèce Population Individu Echelle Probability dextinction LRS,, pi,... Gain énergétique

44 Merci pour votre attention attention


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