Ecologie comportementale des stratégies d’incubation des bécasseaux arctiques : contraintes et conséquences dans un écosystème en mutation

behavioural ecology of arctic sandpipers’ incubation strategies : constraints and consequences in a changing ecosystem

• Auteur / Autrice : Nicolas Meyer
• Direction : Loïc Bollache, Olivier Gilg, Eve Afonso
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des populations et écologie
• Date : Soutenance le 29/01/2021
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire chrono-environnement (Besançon) - Laboratoire Chrono-environnement - CNRS - UFC (UMR 6249) / LCE
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : François-Xavier Dechaume-Moncharmont
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Gilg, Eve Afonso, François-Xavier Dechaume-Moncharmont, Dominique Allainé, Sandrine Meylan, Glenn Yannic, Jérôme Moreau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Dominique Allainé, Sandrine Meylan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie des régions polaires

Adaptation (biologie)

Mots clés libres

Changement climatique

Comportement d’incubation

Productivité

Température au sol

Prédation

Arctique

Arctic

Ground-Surface temperature

Predation

Incubation behaviour

Climate change

Productivity

Résumé

Pour contribuer à prédire les effets du changement climatique sur la biosphère, ce travail propose une approche originale, empruntée à l’écologie comportementale : étudier les comportements de soins parentaux des bécasseaux (genre Calidris), leurs déterminants et leurs conséquences sur le succès reproducteur. Ces migrateurs au long-cours rejoignent l’Arctique, où les changements sont particulièrement rapides, pour se reproduire pendant la courte saison estivale. Sous ces latitudes, les conditions abiotiques ainsi que la disponibilité en ressources sont très variables, et la prédation est la cause principale d’échec de la reproduction. Le succès reproducteur des bécasseaux dépend alors de la capacité des adultes à se reproduire et à fournir les soins nécessaires à la survie et au développement des jeunes. Contraints de s’alimenter chaque jour, le comportement des adultes correspond à la gestion du compromis entre investir dans les soins parentaux ou se nourrir, entre reproduction et survie. L’incubation empêchant l’adulte de s’alimenter, deux stratégies d’incubation, caractérisées par la répartition de la charge des soins entre les parents, ont évolué chez ce petit groupe d’espèces. La stratégie biparentale repose sur la coopération des deux parents qui se relaient au nid alors que pour la stratégie uniparentale, un seul adulte est en charge des soins.Le premier chapitre de ma thèse s’attache à discuter les principales hypothèses évolutionnistes formulés pour expliquer l’émergence de cette diversité de stratégie chez les bécasseaux, avant de décrire la variabilité du comportement d’incubation entre ces stratégies.Les travaux présentés dans les deux chapitres suivants reposent sur l’analyse du comportement d’incubation (via l’enregistrement de la température d’incubation) et le suivi de plusieurs centaines de nids (date de ponte, succès ou échec) d’une diversité d’espèces de bécasseaux (7 à 9 espèces), suivis selon un protocole standardisé, à l’échelle circumpolaire (12-15 sites d’étude) et sur plusieurs années (2016-2018 et 2016-2019).Le deuxième chapitre est consacré à l’étude des relations entre le comportement d’incubation, et des variables environnementales comme la température au sol et la productivité primaire, utilisée comme proxy de l’abondance d’arthropodes terrestres. Ce travail montre que le comportement d’incubation est fortement corrélé à ces variables chez les espèces uniparentales, contrairement aux espèces biparentales, témoignant d’une contrainte énergétique forte.Le troisième chapitre traite quant à lui de la relation entre la stratégie d’incubation, le comportement d’incubation, et le risque de prédation des nids. Ce travail démontre que le risque de prédation varie selon le comportement d’incubation et que la stratégie uniparentale contraint l’adulte à adopter un comportement plus risqué.Enfin, le quatrième chapitre présente, sous la forme d’une revue bibliographique, des éléments de discussion autour des avantages et inconvénients relatifs de chacune des stratégies au regard des changements abiotiques et biotiques prédits dans l'Arctique. Les soins parentaux déterminant le nombre et la qualité des jeunes recrutés dans la population, cette revue fait le lien entre les résultats originaux présentés dans ma thèse et des préoccupations plus larges de biologie de la conservation.En résumé, mes travaux montrent que les stratégies d’incubation, résultats d’une histoire évolutive complexe dans des environnements parfois extrêmes, déterminent le comportement d’incubation, influencent le risque de prédation du nid et contraignent l’aptitude des adultes à tamponner les variations des conditions environnementales. Aujourd’hui soumis à une mutation rapide de leur environnement, mes travaux questionnent le maintien des bécasseaux et de leurs stratégies de reproduction dans les écosystèmes arctiques.

To help predict the effects of climate change on the biosphere, this work offers an original approach inspired from a behavioural ecology framework: studying parental care behaviour of sandpipers (genus Calidris), their constraints and their consequences on reproductive success. These long-distance migrants move to the Arctic, which currently experiences rapid changes, to breed during the short summer season. Under those latitudes, abiotic conditions as well as resource availability are highly variable and predation is the main cause of reproductive failure. Therefore, sandpipers’ reproductive success depends on adults’ ability to initiate reproduction and to provide their young with the care required for their survival and development. As sandpipers must forage, parental effort that enhances current reproductive success is traded-off against foraging that enhances adult’s survival. Adults’ behaviour hence results from the management of this steady trade off. Since incubation prevents the adult from foraging, sandpipers evolved two incubation strategies, defined as the partitioning of incubation duties between partners, which resolve this trade-off in different ways. The biparental strategy relies on the cooperation of both parents who take turns at the nest, while a single adult incubates in the uniparental strategy.The first chapter of my thesis aims at discussing the main evolutionary hypotheses formulated to explain the emergence of such a diversity of strategies in sandpipers and describes the incubation behaviour variability between strategies.The next two chapters rely on the monitoring of hundreds of nests (provide estimated laying date and nest fate as successful or predated) from a diversity of sandpiper species (from 7 to 9 species), which incubation behaviour was monitored using a standardized protocol (recording of nest temperature), at the circumpolar scale (12-15 study sites) and over several years (from 2016 to 2018 and from 2016 to 2019).The second chapter is devoted to the study of the relationships between incubation behaviour and two environmental variables: ground-surface temperature and primary productivity used as a proxy of terrestrial arthropods’ abundance. From this work, we demonstrate that uniparental species show strong relationships between these variables and incubation behaviour, whereas biparental species do not.The third chapter deals with the relationships between incubation strategy, incubation behaviour, and the risk of nest predation. This work shows that the risk of nest predation varies with incubation behaviour. Moreover, the uniparental strategy constrains adults to adopt a riskier incubation behaviour.Finally, the fourth chapter discusses, in the form of a literature review, the relative advantages and drawbacks of each parental care strategy with regard to the abiotic and biotic changes predicted in the Arctic. Since parental care determines the number and quality of young recruited in the population, this review links the original results presented in my thesis with broader concerns in conservation biology.In summary, my work shows that incubation strategies, which result from a complex evolutionary history in extreme environments, determine incubation behaviour, influence the risk of nest predation and constrain adults’ ability to buffer environmental conditions to enhance their offspring survival and development. Hence, my work questions the conservation of sandpipers and their reproductive strategies in arctic ecosystems that currently experience rapid changes.