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UMR 7179 Muséum National d'Histoire Naturelle & CNRS, Brunoy, FRANCE Quels changements climatiques à Madagascar ? Quels impacts sur la biodiversité ? Pierre-Yves.

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1 UMR 7179 Muséum National d'Histoire Naturelle & CNRS, Brunoy, FRANCE Quels changements climatiques à Madagascar ? Quels impacts sur la biodiversité ? Pierre-Yves HENRY & Cindy I. CANALE

2 Plan Pourquoi ce sujet ? Quels changements climatiques à Madagascar ? Quels impacts sur la biodiversité ? Quelles perspectives en recherche & conservation ?

3 Pourquoi les changements climatiques à Madagascar ? Actualité chaude… avec implications majeures en gestion de la biodiversité et santé humaine Hannah et al Glob. Ecol. Biogeog. Patz et al Nature Cazelles et al PLOS Medecine Parmesan 2006 AREES Air: +0.74°C Eau de surface: +0.67°C Accélération Trenberth et al IPCC Walther et al TREE

4 Pourquoi les changements climatiques à Madagascar ? Walther et al TREE Actualité chaude… Air: +0.74°C Eau de surface: +0.67°C Accélération Très récent Peu d'intérêt Hannah et al Biol Lett Web of Science

5 Fragmentation (> 2 km) : 80% La priorité: la perte d'habitat ! Déforestation (~an 0) : 90% Harper et al 2007 Environ Conserv Kremen et al 2008 ScienceIrwin et al 2010 Biol Cons Priorité: écosystèmes forestiers Déforestation (1950) : 40%

6 sans dispersion: 17-50% Perte d'habitat d'origine climatique: avec dispersion: % Mais synergie négative attendue… Ch. climatiqueFragmentation d'habitat x Malcolm et al Conserv Biol mais irréaliste (2 x réchauffement passé) Barrières à la migration des écosystèmes Insularité x Ch. climatique Flore la plus menacée 4 ème priorité mondiale pour l'aide à la conservation Giam et al 2010 Biol Cons

7 Plan Pourquoi ce sujet ? Quels changements climatiques à Madagascar ? Quels impacts sur la biodiversité ? Quelles perspectives en recherche & conservation ?

8 évènements extrêmes IPCC 2007 Directionnel Variabilité Δ σ² Δ moyenne Les bases du changement climatique + Holmgren et al 2006 Front Ecol EnvironEasterling et al 2000 Science Incertitude ε +

9 Directionnel Δ moyenne Les bases du changement climatique

10 Réchauffement climatique observé au XX ème siècle Giannini et al 2008 Clim Change +0.5°C pré-industriel cohérence 60-80% (N = 19) Hulme et al 2001 Clim Res 0 à +1°C / siècle

11 Réchauffement climatique prédit pour XXI ème siècle Hesselbjerg Christensen et al 2007 IPCC Chap °C / siècle Giannini et al 2008 Clim Change °C / siècle XXI ème - XXème cohérence >50% (N = 19) Tadross et al 2008 World Bank Report Hannah et al 2008 Biol Lett MIN MAX °C / siècle XXI ème - XXème Réchauffement passé et en cours modéré + gradient SW-NE

12 Giannini et al 2008 Clim Change 0 à +0.1 mm.j -1 au N-E pré-industriel faible cohérence (<20%, N = 19) Changement des précipitations observé au XX ème siècle Hulme et al 2001 Clim Res 0 à +20% à l'E Augmentation ?

13 Changement des précipitations prédit au XXI ème siècle Saison sèche: déficit Saison humide: 0 ou excès Hesselbjerg Christensen et al 2007 IPCC Chap 11 0 à +10% au S&N Robuste: sud & nord -5 à -30% au S 0 à +200 mm.an -1 W&S Robuste: Ouest / Est 0 à +100 au NW 0 à -100 au SE Hewitson & Crane 2006 Int J Climatol Hannah et al 2008 Biol Lett Variable entre saisons et régions Déficit en forêt humide Excès en forêt sèche (où t° ) en relation à ENSO…

14 évènements extrêmes Variabilité Δ σ² Les bases du changement climatique

15 ENSO à Madagascar au XX ème siècle Coelho & Goddard 2009 J Clim Saison sèche: sécheresse faible Saison humide: sécheresse dans le Sud déficit de précipitations linéaire Lyon 2004 Geoph Res Lett Ingram & Dawson 2005 Phil Tr R Soc L B dont Madagascar Holmgren et al 2006 Front. Ecol Envir surtout dans écosystèmes (semi-)arides ENSO = sécheresse

16 Changements climatiques et ENSO Variance temporelle stable ( ) Incertitude sur relation ENSO / CC dans IPCC 2007 Giannini et al 2008 Clim Change Coelho & Goddard 2009 J Clim Oldenborgh et al 2005 Ocean Scii Coelho & Goddard 2009 J Clim ENSO: fréquence + intensité Trenberth & Hoar 1997 Geophys Res Lett Timmermann et al 1999 Nature Fedorov & Philander 2000 Science Meehl et al 2007 IPCC MAIS

17 ENSO à Madagascar au XXI ème siècle Coelho & Goddard 2009 J Clim Risque de sécheresse ENSO ( ) Pas d'augmentation claire Saison sèche: 0 ou excès dans S Saison humide: déficit dans SW

18 Complication : cycles divers et changeant… Saji et al 1999 Nature Marchant et al 2007 Afr J Ecol Indian Ocean Dipole (IOD) IOD 1961 Pics de t° de surface ENSO 1983 ENSO + IOD 1998 McClanahan et al 2009 Mar Ecol Prog Ser et nature de ENSO change… Yeh et al 2009 Nature Eastern Pacific Central Pacific Fréquence des pics de t° Cai et al 2009 Geophys Res Lett + +

19 Meehl et al 2007 IPCC Chap 10 Global Climate Autres prédictions de variabilité climatique McDonald et al 2005 Clim Dynamics Reason & Keibel 2004 Weatherr Forescating des cyclones nb de tempêtes tropicales distribution et intensité des vagues de chaleur σ 5 jours avec t° max t° normale + 5°C pour modéré

20 Plan Pourquoi ce sujet ? Quels changements climatiques à Madagascar ? Quels impacts sur la biodiversité ? Quelles perspectives en recherche & conservation ?

21 Directionnel Δ moyenne Les bases du changement climatique

22 Impact sur les milieux marins et littoraux ? Négatif sur les récifs coralliens McClanahan et al 2009 Mar Ecol Progr Ser Réchauffement max. Appauvrissement, déclin en surface, expansion d'algues Plus grande stabilité Communauté peu perturbée par anomalies de t° Chances survie max Carpenter et al 2008 Science ENSO+IOD 1998: 95% de "bleaching" dans l'Océan Indien

23 Impact sur les milieux marins et littoraux ? Montée du niveau des eaux 380 plantes endémiques Consiglio et al 2006 Conserv Biol Tadross et al 2008 World Bank Report Hannah et al 2008 Biol Lett Mais forêt littorale serait Virah-Sawmy et al 2009 Glob Chang Biogeog Meehl et al 2007 IPCC Chap 10 Global Climate 0 à + 5 cm (/ moy. globale, ) Négatif sur forêts littorales modérée résiliente ?

24 Forêts adaptées à sécheresse & précipitations Réduction de distribution de 45% des plantes endémiques (N= 74; 18% en augmentation) avec dispersion… Expansion d'espèces du S-W avec dispersion… Schatz et al 2008 in Hannah et al 2008 Biol Lett Impacts du réchauffement climatique: plantes résilience ? forêts humides de l'Est Négatif Positif Négatif ?

25 Impacts du réchauffement climatique: ectothermes Négatif sur reptiles et amphibiens à haute altitude ? Raxworthy et al 2008 Glob Change Biol Williams et al 2007 PNAS Classique: disparition des niches climatiques tropicales de haute altitude

26 Liu et al 2008 Glob Planet Change Production agricole (2030/1990) hotspot d'insécurité alimentaire Impact indirect: via ressources pour humains x 1 – 1.2localement: x 0.75 – 0.5 x croiss. démographique

27 évènements extrêmes Variabilité Δ σ² Les bases du changement climatique

28 Impact d'une instabilité climatique accrue ? ?

29 Impact des anomalies climatiques ENSO Ingram & Dawson 2005 Phil Tr R Soc L B ENSO = sécheresse= déficit de production primaire Holmgren et al 2006 Front. Ecol Envir Madagascar: ENSO NDVI octobre (r = -0.66) Impact négatif via ressources trophiques Wright 2006 in 'Lemurs: ecology and adaptation' attendu pour lémuriens (toutes forêts) Wiederholt & Post 2009 Biol Lett montré pour primates d'Amazonie Impact de sécheresse sur grands lémuriens -> de forêt sèche: Lémur catta (survie) -> de forêt humide: Propithèque de Milne-Edward (survie, féc.) Gould et al 1999 Int J Primatol King et al 1995 PNAS Dunham et al 2008 Biol Cons

30 Des organismes adaptés à l'instabilité climatique ? Biomes résultants de changements climatiques quaternaires Altitude max. des bassins versants détermine les centres d'endémisme paléoclimatiques -> faible = spéciation / aridité -> haute= migration altitudinale Wilmé et al 2006 Science Madagascar: un climat peu prédictible Prédictibilité < Afr. de l'Est Imprédictibilité > 50% du monde Imprédictibilité > 75% du monde Dewar & Richard 2007 PNAS Minimale dans régions sèches

31 Signes d'adaptation à l'instabilité climatique ? Traits d'histoire de vie des mammifères: - stratégie K chez grands primates, Herpestidae - stratégie R chez Microcebus, Tenrecidae - faible % de frugivores - mécanismes d'économie d'énergie (hypométabolisme, engraissement) Dewar & Richard 2007 PNAS Ganzhorn 1995 Ambio Wright 1999 Yearb Phys Antrop Canale & Henry 2010 Clim Res Sensibilité relative à ENSO vs déforestation chez Propithèque de Milne-Edwards Dunham et al 2008 Biol Cons ENSO Perte hab.

32 Résilience aux accidents climatiques ? à sécheresse suggérée pour lémuriens Wright 1999 Yearb Phys Anthrop Dewar & Richard 2007 PNAS Gould et al 1999 Int J Primatol Wright 2006 in 'Lemurs: ecology and adaptation' Résilience Mais limites de la résilience inconnue Canale et al. (in press) J Exp Biol Thèse de C. Canale

33 Plan Pourquoi ce sujet ? Quels changements climatiques à Madagascar ? Quels impacts sur la biodiversité ? Quelles perspectives en recherche & conservation ?

34 Hannah et al 2002 Glob Ecol Biogeog Modèles bioclimatiques régionaux (avec incertitudes) Révision des aires protégées Gestion adaptée des habitats non-protégés (matrice) Kremen et al Science Ignoré dans proposition de révision des aires protégées ! Quels outils pour la conservation ? Hannah et al 2008 Biol Lett

35 Implications pour la conservation à Madagascar Hannah et al 2002 Glob Ecol Biogeog Hannah et al 2008 Biol Lett Maximisation de connectivité forestière (cf. corridor riverins) Maximisation de résilience dans isolats horizontale, entre massifs forestiers relictuels verticale, le long de bassins versants Comment faire ???

36 Difficile en climatologie, ignoré en biologie Actuellement: - projections de modèles: non vérifiable… - articles 'd'opinion'… Questions ouvertes Résilience: limites ? mécanismes ? Modélisation de variabilité climatique (incl. extrêmes) Evidences empiriques de réponse des organismes

37 Misaotra…

38 Ressources climatologiques pour Madagascar Modèles globaux et régionaux de l'IPCC 2007 ( Chap 10-11) Synthèses climatologiques régionales Modèles climat-biodiversité Hannah et al Raxworthy et al Mason 2001 Giannini et al 2008 Hulme et al 2001

39 Réchauffement de l'Océan Indien Belkin 2009 Prog Oceanogr Réchauffement relativement faible 0 à -0.28°C (/ moyenne globale) 'Réchauffement rapide' Alory et al 2007 Geoph Res Lett Analyse sur barrières de corail malgaches ( ) Nord: 0.32°C / an Sud: 0.86°C / an Af. est: 0.54°C McClanahan et al 2009 Mar Ecol Prog Ser Variabilité N/S

40 Impact sur les milieux d'eau douce ? Thieme et al 2010 Cons Lett +10 à -30% de débit des rivières en 2050 (/ )

41 Résilience aux accidents climatiques ? Résilienceaux cyclones suggérée pour systèmes forestiers Ganzhorn 1995 Ambio banque de graîne graîne anémophiles peu aérodynamiques germinaison dépendante de précipitations extrêmes traces de perturbations locales sporadiques

42 Impact sur santé humaine Patz et al 2005 Nature via vague de chaud, malnutrition, dynamique des vecteurs Madagascar: 4-70 morts pour 1 M de personnes / an

43 Mismatch Match Durant et al 2007 Clim Res Trophic chains FOOD constraints at high trophic levels T° & WATER constraints CLIMATE CHANGE Δ ABIOTIC Δ trophic interactions Δ PRIMARY PROD. Δ TROPHIC INTERACTIONS = Δ primary production Climate change and trophic chains Holmgren et al 2006 Front. Ecol Envir Idem pour ENSO

44 Sécheresses plus fréquentes ? intensité et distribution en Afrique australe Fauchereau et al 2003 Natural Hazards Mais pas pour Madagascar

45 Changement des précipitations prédit au XXI ème siècle ENSO: déficit plus probable que réchauffement et plus variable spatialement Hyp. in Coelho & Goddard 2009 J Clim variance interannuelle en Afrique depuis 1960, en relation avec ENSO, avec pluies extrêmes Fauchereau et al 2003 Natural Hazards

46 Biological model: facultative heterotherm Food & water shortage in the dry season + Seasons poorly predictable Grey mouse lemur Wright 1999 Yearb Phys Anthropol Ingram & Dawson 2005 PTRSLB Dewar & Richard 2007 PNAS Dry forests Dammhahn & Kappeler 2008 Int J Primatol

47 Evolution of energy saving mechanisms: Anticipatory fattening Modulation of physical activity Daily torpor Resting phase Tb (°C) Génin & Perret 2003 Giroud et al Schmid et al Biological model: facultative heterotherm + Seasons poorly predictable Active phase Summer = slim Winter = fat Grey mouse lemur Δ -20°C Food & water shortage in the dry season

48 Implications: physiological adaption to climate change ? Energy saving mechanisms & physiological plasticity = pre-adaptations to climate change More frequent in unpredictable environments Wikelski et al 2000 Henen & al Jackson et al.2006 Hau et al Lovegrove 1993 Costs & limits to physiological plasticity ? Oxydative stress Physiological constraint preventing the switch daily torpor hibernation Canale & Henry submitted Climate Res

49 Facilities: largest captive colony of GMLs >9 Females Males Age (year) 10 years 2 days Nb. individuals breeding colony of ~500 ind database on LHT (mass, resting metabolic rate, reproduction,…; ~1000 ind) bank of organs and tissue samples Grey Mouse Lemur biology Half-life = 5.5 y

50 internal + RT + camera J1J2J3J4J5J6J7 J8 J9J10J14J11J12J13 Body temperature (°C) Locomotor activity (u.a) Facilities: experimental devices O 2 consumption Body temperature & locomotor activity Physiology LPS Daily torpor Nocturnal activity

51 Maximisation de connectivité forestière (cf. corridor riverins) Hannah et al 2008 Biol Lett Maximisation de résilience dans isolats COÛT : Maintien : 800 M$ Restauration : ??? M BENEFICE : 100 M$/an INVESTISSEMENT ACTUEL : 9 M$/an Implications pour la conservation à Madagascar horizontale, entre massifs forestiers relictuels verticale, le long de bassins versants Comment faire ???


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