Structure des populations sur un réseau hydrographique dendritique

Population structure in a river network

• Auteur / Autrice : Audrey Chaput-Bardy
• Direction : Alain Pagano, Thierry Lodé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Angers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génétique des populations

Écologie du paysage

Écologie des cours d'eau

Hydrographie

Insectes aquatiques

Flux génique

Résumé

Les réseaux hydrographiques sont caractérisés par leur structure hiérarchique de type dendritique (ramifié) et l'hétérogénéité spatio-temporelle du milieu. En effet, l'hétérogénéité de l'habitat sur les cours d'eau varie selon le temps (variations saisonnières), la dimension longitudinale (caractéristiques physico-chimiques et courant) et la dimension latérale (connectivité entre le cours principal et les annexes hydrauliques). Ces variations des paramètres environnementaux sont soit graduelles le long des branches du réseau hydrographique (gradient physico-chimique, courant), soit discrètes entre les branches du réseau (diversité de l'habitat). La structure du réseau hydrographique va, par conséquent, influencer la distribution, les déplacements et le flux génique des organismes inféodés aux cours d'eau. Les objectifs de cette thèse étaient de tester (i) l'effet de la topologie du réseau hydrographique sur la dispersion et le flux de gènes, et (ii) l'effet des variations environnementales sur la distribution et les traits phénotypiques des individus liés à la dispersion. Pour répondre à ces objectifs nous avons utilisé une approche empirique, en menant notre étude sur le bassin moyen de la Loire chez une espèce de demoiselle, le Calopteryx splendens (Odonates : Zygoptères). Parallèlement nous avons développé un modèle théorique permettant de simuler la dispersion et le flux de gènes sur des réseaux hydrographiques artificiels. Ainsi nous avons mis en évidence une distribution discontinue des individus sur le cours d'eau et un cline morphologique sur le bassin de la Loire entre l'amont et l'aval. Ce cline est lié aux caractéristiques physico-chimiques de l'eau. Ces variations morphologiques n'influencent pas les capacités de dispersion, mais affectent la survie des individus. La survie et la densité sont les facteurs déterminants de la dispersion chez C. Splendens. Les analyses génétiques ont montré un isolement par la distance et une forte structuration génétique sur le bassin versant, mais l'absence d'entités génétiques clairement définies. Ceci peut être expliqué par la présence de flux de gènes entre les sous-bassins et une structure en métapopulation à l'échelle du réseau hydrographique. Ces résultats sont les premiers obtenus à l'échelle d'un bassin versant tel que la Loire sur des populations naturelles. L'étude a également permis de réaliser le logiciel Gene-Net testant l'effet de la géométrie des réseaux hydrographiques sur la structure génétique des populations d'organismes d'eau douce.

River networks are characterised by a hierarchical branching structure and spatio-temporal heterogeneity. Indeed, longitudinal (physico-chemical parameters, water flow), lateral (connectivity between the main course and secondary channels) and time dimensions (seasonal variations) influence habitat heterogeneity. These variations in environmental parameters are gradual along branches (physico-chemical gradients) or discrete between branches (habitat heterogeneity) of the river network. Then landscape structure influences distribution, dispersal and gene flow of freshwater organisms. This work aimed to test (i) the effect of river network geometry on dispersal and gene flow, and (ii) the effect of environmental variations on distribution and phenotypic traits related to dispersal. We used empirical and theoretical approaches by studying a damselfly species, Calopteryx splendens (Odonata: Zygoptera) across the River Loire and fitting an individual based-model to simulate gene flow in synthetic river networks. Then we showed a discontinuous distribution of individuals along watercourses and a morphological cline across the Loire River. This cline was due to physico-chemical characteristics of water. Morphological variations did not influence dispersal abilities but affected survival. Survival and densities were the main factors influencing dispersal in C. Splendens. Genetical analyses showed an isolation by distance pattern and a strong genetic structure, but no genetic groups were defined in the catchment. These results can be explained by overland gene flow between watercourses and a metapopulation structure at the catchment scale. This is the first study performed in a large river network in environmental conditions. Furthermore we realised the Gene-Net software to test the effects of the river network on population genetic structure of freshwater organisms.