Étude des processus d'établissement et d'extinction de petites populations dans des environnements changeants

Establishments and extinction processes of small populations in changing environments

• Auteur / Autrice : Souleyman Bakker
• Direction : Tom van Dooren
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'évolution
• Date : Soutenance le 31/03/2025
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : DIVONA (DIVersités, Origines, NAtures - ED227 MNHN-SU) (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d’écologie et des sciences de l’environnement de Paris. Equipe Ecologie et évolution des réseaux d'interactions
• Jury : Président / Présidente : Sandrine Meylan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Pincebourde, Émilien Luquet
• DOI : 10.70675/d65bd8b2z8180z4107zb626z6f1485f7b724

Mots clés

Mots clés contrôlés

Collemboles

Plasticité phénotypique

Évolution (biologie)

Extinction (biologie)

Changement global de l'environnement

Mots clés libres

Modèles théoriques

Collemboles

Changements environnementaux

Température

Plasticité phénotypique

Extinction

Theoretical ecology

Collembola

Changing environments

Temperature

Phenotypic plasticity

Extinction

Résumé

Les petites populations sont particulièrement vulnérables à la stochasticité démographique, la dérive génétique et la variabilité environnementale, qui peuvent conduire les populations vers un vortex d'extinction. Dans un monde anthropisé, les petites populations sont d'autant plus à risque qu'elles doivent également s'acclimater et s'adapter aux changements à court et long terme liées au réchauffement climatique. Chez les ectothermes, ces réponses sont marquées par des changements dans la physiologie, les traits fonctionnels, les stratégies de reproduction et les traits d'histoire de vie. Cette thèse vise ainsi à explorer les effets des environnements changeant sur les traits d'histoire de vie de petites populations de Folsomia candida, une espèce de collembole. En particulier, ce travail se focalise sur des traits d'histoire de vie démographiques en lien avec la croissance des populations afin de prédire les dynamiques d'extinctions de petites populations en environnement changeant. J'ai effectué une analyse à la fois théorique et empirique afin de comparer les extinctions à court et long terme de petites populations fondées par des individus sexuellement matures (adultes) ou non (nouveau-né) dans des environnements différents. Les prédictions par un modèle de processus de branchement taillé pour F. candida sont comparées avec des extinctions observées empiriquement. J'ai pu observer que la maturité sexuelle de l'individu fondateur est déterminant dans les extinctions à court et long terme. Dans une seconde étude, des observations longitudinales ont été réalisées pour déterminer l'effet de la vitesse de changement de la température sur la production de descendants ou la survie de petits groupes d'adultes de F. candida sur une plage de température allant de de températures viables à des températures sublétals. J'ai mis en évidence que la vitesse de changement de l'environnement est associée à une modification de la production de descendants au cours du temps mais que la survie ne dépend pas de la vitesse de changement de température chez F. candida. L'effet des vitesses de passage d'un point de basculement sur les dynamiques d'extinction de populations de F. candida établies a également faisait l'objet d'une troisième étude. La vitesse de franchissement d'un point de basculement et en particulier les vitesses de franchissement les plus lentes étaient associées à des extinctions de populations de F. candida. Dans chacune de mes études dans des environnements changeants, des effets qui peuvent être attribués à l'acclimatation ont été observés. Dans l'ensemble, mes résultats suggèrent que la composition initiale d'une petite population peut affecter la probabilité d'extinction à court et long-terme par des dynamiques non-linéaires et des transitions longues du système, qui peuvent imiter des dynamiques quasi-stationnaires des populations. Après avoir franchi un point de basculement d'un paramètre environnemental, les effectifs des populations diminuent jusqu'à atteindre l'extinction. Ce déclin final est différent en fonction de la vitesse de changement de l'environnement, incluant des retours potentiels vers les conditions qui permettent à ces populations de se rétablir.

Small populations are particularly vulnerable to demographic stochasticity, genetic drift and environmental variability, which can drive populations towards a vortex of extinction. In an anthropised world, small populations are all the more at risk as they also have to acclimatise and adapt to short- and long-term changes linked to global warming. In ectotherms, these responses are marked by changes in physiology, functional traits, reproductive strategies and life-history traits. The aim of this thesis is to explore the effects of changing environments on the life-history traits of small populations of Folsomia candida, a species of springtail. In particular, this work focuses on demographic life history traits related to population growth in order to predict the extinction dynamics of small populations in changing environments. I carried out both a theoretical and empirical analysis to compare the short- and long-term extinctions of small populations founded by sexually mature (adult) or immature (neonate) individuals in different environments. Predictions by a branching process model tuned for F. candida are compared with empirically observed extinctions. I was able to observe that the sexual maturity of the founder individual is a determining factor in short- and long-term extinctions. In a second study, longitudinal observations were made to determine the effect of the rate of temperature change on the production of offspring or the survival of small groups of F. candida adults over a temperature range from viable to sublethal. I found that the rate of environmental change is associated with a change in offspring production over time but that survival does not depend on the rate of temperature change in F. candida. The effect of tipping point passage rates on the extinction dynamics of established F. candida populations was also the subject of a third study. The speed of crossing a tipping point, and in particular the slowest crossing speeds, were associated with extinctions of F. candida populations. In each of my studies in changing environments, effects that can be attributed to acclimatisation were observed. Overall, my results suggest that the initial composition of a small population can affect the probability of extinction in the short and long term through non-linear dynamics and long transitions in the system, which can mimic quasi-stationary population dynamics. After passing through a tipping point in an environmental parameter, population numbers decline until they reach extinction. This final decline varies according to the speed of change in the environment, including potential returns to conditions that allow populations to recover.