Prise en compte des niveaux intraspécifiques dans les modèles de distribution pour la conservation d'ectothermes en réponse au changement climatique et à la structure du paysage

Accounting for intraspecific levels in distribution models to the conservation of endangered species in response to climate change and landscape structure

• Auteur / Autrice : Igor Boyer
• Direction : Francis Isselin-Nondedeu, Alain Pagano
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 16/05/2023
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de la Société : Territoires, Economie, Droit - SSTED
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cités Territoires Environnement et Sociétés (Tours ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : DATE - Dynamique et Action Territoriales et Environnementales
• Jury : Président / Présidente : Olivier Pays-volard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francis Isselin, Romain Bertrand, Alain Pagano, Aurélien Besnard, Björn Reineking, Nicolas Bech, Sandra Luque
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélien Besnard, Björn Reineking

Mots clés

Mots clés libres

Biologie de la conservation

Modélisation

Changements climatiques

Écologie de la distribution

Paysage

Dispersion

Conservation biology

Modelling

Climate changes

Distribution ecology

Landscape

Dispersal

Résumé

Face au déclin alarmant de la diversité biologique, de nombreuses études ont mis en lumière un risque d'extinction plus élevé des groupes taxonomiques présentant des capacités de dispersion moindres comme certains reptiles et amphibiens. Ils seraient moins en mesure de suivre les changements de favorabilités induits par le changement climatique. Les modèles de distribution, par leur capacité à simuler les réponses potentielles des espèces face aux changements environnementaux selon différentes échelles spatiales et temporelles, suscitent un engouement grandissant. Néanmoins ces approches nécessitent d'être améliorées afin de tendre vers des prédictions biologiquement plus réalistes. Or, l'intégration conjointe de paramètres liés à la variabilité intraspécifique, aux capacités de dispersion, à la structure du paysage, aux interactions biotiques, reste anecdotique voire absente pour certains taxons. Les objectifs de cette thèse sont (1) démontrer la pertinence de l'intégration de ces paramètres dans les modèles, afin de (2) mieux comprendre les patrons de réponses de distribution d'ectothermes d'Europe de l'Ouest. Ces taxons étant pour la plupart en mauvais état de conservation nous chercherons (3) à anticiper leurs conservations pour les prochaines décennies. Tout d'abord, en intégrant le niveau intraspécifique au sein des modèles, nous avons démontré que les prédictions sont biologiquement plus cohérentes puisqu'une plus grande importance est accordée aux réponses populationnelles qui auraient été diluées au sein d'une réponse globale. Grâce à cette approche nous avons été mesure d'identifier les mêmes refuges glaciaires pour Bombina variegata que ceux inférés à l'aide d'études génétiques. La seconde étude centrée sur Lacerta agilis et Lacerta bilineata, a montré dans un contexte de redistribution des aires de distribution, que le changement climatique engendrerait davantage de perte d'habitats favorables que l'exclusion compétitive au sein des zones de sympatries futures. Ensuite, nous avons simulé la potentielle remontée altitudinale de Bombina variegata dans les Alpes à l'aide d'un modèle centré sur les processus pour tenir compte des traits d'histoire de vie propres à deux écotypes divergents. Nous avons démontré dans cette étude que des différences de stratégies évolutives peuvent conduire à des réponses de distribution contrastées. Cependant, contrairement à ce qui était supposé, les sonneurs à ventre jaune qui présentent des traits d'histoire de vie leur permettant de faire face aux perturbations anthropiques semblent être moins en mesure de suivre le déplacement des zones climatiquement favorables. L'explication principale réside dans leur faible longévité, les rendant plus sensibles aux évènements aléatoires ainsi qu'à la diminution graduelle de la favorabilité climatique de leurs habitats actuels. La dernière étude s'est intéressée à la connectivité du paysage, entre les occurrences de Hierophis viriflavus, L. bilineata, Natrix maura, Triturus marmoratus et Zamenis longissimus et leurs aires climatiquement favorables dans le futur au sein de leurs marges de répartition. Seules deux des cinq espèces semblent être potentiellement en mesure de coloniser de nouveaux habitats. Ces résultats s'expliquent d'une part par la faible favorabilité climatique future mais également par la faible connectivité en marge de répartition. Ainsi, puisque le déplacement des aires climatiquement favorables excèdera les capacités de dispersion des espèces au sein du paysage, nous nous attendons à un futur lag de redistribution. Enfin, nous discuterons de la pertinence et des applications pratiques de ces modèles dans le contexte actuel de redistribution des espèces en réponse aux changements globaux et mais également de leur utilité pour la gestion d'espèces à fort enjeux de conservation.

In response to the alarming decline of biological diversity, a growing number of studies highlight that taxonomic groups with small dispersal abilities such as some reptiles and amphibians have higher risk of extinction. Indeed, they are less able to track suitability changes caused by climate change. Species distribution models, through their ability to simulate the potential response of species to environmental changes at different spatial and temporal scales, are arousing a growing interest. Nevertheless, these approaches must be improved to tend toward more biologically realistic predictions. However, the joint integration of parameters related to intraspecific variability, dispersal abilities, landscape structure, biotic interactions, is still lacking, or even absent for several taxon. The objectives of this thesis are (1) to demonstrate the relevance of integrating these parameters into models in order to (2) better understand distribution response patterns for ectotherms in western Europe. Since these taxa are mostly in a poor conservation state, we will seek (3) to anticipate their conservations in the coming decades. First, by integrating the intraspecific level into the models, we have demonstrated that predictions are biologically more consistent since a greater importance is given to populational responses that would have been diluted within a global response. Thanks to this approach, we were able to identify the same glacial refuges as those inferred through genetic studies. The second study, focusing on Lacerta agilis and Lacerta bilineata, showed that in a context of redistribution, climate change will generate more losses of suitable habitat than competitive exclusion within the future sympatric zones. Herein, we simulated the potential altitudinal shift of Bombina variegata in the Alps with a process-based model accounting for the life history traits of two divergent ecotypes. In this study we demonstrated that evolutionary strategies may lead to contrasted distribution responses. However, contrary to what was initially assumed, yellow-bellied toads with specialized life history traits allowing them to cope with local anthropogenic disturbances are less likely to track the shifts in climatically suitable areas. The main explanation relies in their short lifespan which make them more sensitive to random events as well as the decrease in climatic suitability within their current habitats. The last study investigated the landscape connectivity between Hierophis viridiflavus, L. bilineata, Natrix maura, Triturus marmoratus and Zamenis longissimus occurrences and their future climatically suitable areas within their leading edges. Here, only two of the five species could potentially colonize new habitats. These results partly rely on the poor overall climatic suitability but also on the poor connectivity of leading edges. Thus, since climatically suitable areas may shift more than the dispersal abilities of species across the landscape, we expect a future distribution lag. Finally, we discuss of the relevance and practical applications of these models in the current context of species redistribution in response to global changes, but also their usefulness for the management of species with high conservation challenges.