Évolution contemporaine du comportement acoustique des oiseaux : utilisation de l'introduction d'oiseaux sur les îles du Pacifique pour identifier les facteurs de divergence de chant des oiseaux

Contemporary Evolution of Bird Acoustic Behavior: Using Bird Introductions on Pacific Islands to Identify Factors of Song Divergence

• Auteur / Autrice : Antoine Louis Vansse
• Direction : Eric Vidal, Simon Ducatez
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie des populations et écologie
• Date : Inscription en doctorat le 24/09/2024
• Etablissement(s) : Polynésie française
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale du Pacifique (Faaa)

Mots clés

Mots clés libres

Bioacoustique

Insularité

Oiseaux

Evolution

Espèces invasives

Ecologie

Divergence

Bioacoustics

Insularity

Birds

Evolution

Invasive species

Ecology

Divergence

Résumé

Contexte général Les comportements acoustiques sont au cœur de la communication chez les oiseaux. Bien que nous ayons encore une compréhension limitée de l’évolution de ces comportements, des progrès substantiels ont été réalisés récemment grâce à l’utilisation de méthodes comparatives. Des études comparant les chants d'un grand nombre d'espèces ont révélé l'importance de la morphologie, de la phylogénie, de l'habitat et de la richesse spécifique régionale dans l’évolution de la structure des chants d'oiseaux. Des études de terrain ont également comparé les chants de différentes populations de la même espèce, révélant des divergences géographiques au sein des espèces, y compris l'existence de dialectes. De telles études ont également permis de tester plus directement comment l'environnement (par exemple, l'ouverture de l'habitat ou l'urbanisation) affecte la divergence des chants. Ainsi, des études théoriques et comparatives suggèrent que la dérive, la sélection naturelle et la sélection sexuelle peuvent conduire à l’évolution de ces comportements, mais les démonstrations empiriques font généralement défaut en raison des difficultés rencontrées pour tester leur importance in situ. Ce projet de doctorat vise à combler cette lacune en exploitant une opportunité quasi-expérimentale unique : l'introduction répétée d'oiseaux exotiques dans les îles du Pacifique Sud. Après son introduction dans une nouvelle zone, une espèce peut modifier son comportement pour s'adapter au nouveau paysage sonore, tout en modifiant le paysage sonore lui-même, déclenchant des changements dans le comportement acoustique des espèces indigènes. Les mêmes espèces ayant été introduites dans une diversité d'îles, d'habitats et de communautés d'oiseaux, ce projet permettra de tester directement les principales hypothèses théoriques expliquant la divergence acoustique avec un haut niveau de réplication. Programme de recherche envisagé Les îles de Polynésie française et de Nouvelle-Calédonie sont particulièrement adaptées pour mener ce projet. En raison de leur isolement, elles abritent des communautés d’oiseaux relativement pauvres (et donc faciles à caractériser) et souvent similaires entre îles. Elles contiennent également une importante composante d’espèces non indigènes, et les mêmes espèces ont été introduites dans certaines îles mais pas dans d'autres, souvent avec des dates d'introduction connues. Enfin, elles présentent d’importantes variations environnementales. Dans ce contexte, l'étudiant aura pour objectif de travailler sur les espèces introduites et natives pour répondre aux questions suivantes : 1 - Quelles caractéristiques acoustiques sont les plus divergentes après l'introduction d'une espèce dans un nouvel environnement ? Nous nous attendons à ce que le rythme circadien de l’activité acoustique soit le plus rapide à changer, car il n’est pas contraint par des attributs morphologiques, contrairement à des paramètres tels que la fréquence des chants. Par exemple, les oiseaux natifs pourraient chanter davantage la nuit en présence d'oiseaux introduits qui dominent le paysage sonore pendant la journée. 2 - Les caractéristiques acoustiques divergent-elles en réponse à des facteurs écologiques tels que l'ouverture de l'habitat, l'urbanisation et la structure des communautés d'oiseaux ? Si la divergence acoustique est due à une évolution adaptative, nous nous attendons à ce que la fréquence des chants et des cris change de manière constante d’une île à l’autre en réponse aux mêmes caractéristiques acoustiques de l’environnement. 3 - Comment l'âge et la taille de population affectent-ils la diversité et la divergence acoustiques ? Nous nous attendons à ce que les populations plus grandes présentent plus de divergence que les plus petites, conformément aux modèles récents, tandis que les populations établies sur une période plus longue devraient également être plus divergentes entre îles/habitats, car elles ont eu plus de temps pour dériver et/ou répondre à la sélection locale. 4 – Les divergences d’expression et de perception du signal acoustique co-évoluent-elle ? Nous nous attendons à ce que la divergence d'expression du signal (structure du chant, période d'activité) et de perception (réponse au playback) co-varient, une hypothèse n'a pas été testée au niveau intraspécifique. Pour répondre à ces questions, l'étudiant enregistrera et caractérisera les chants et cris d'oiseaux indigènes et introduits sur les îles de l'archipel de la Société et sur la Grande Terre en NouvelleCalédonie, et bénéficiera d’enregistrements existants collectés sur neuf îles des Australes et des Tuamotu. De plus, il mènera des expériences de playback pour caractériser les variations de perception du signal. Ces îles ont été sélectionnées pour maximiser la diversité des combinaisons de quatre espèces cibles introduites à plusieurs reprises dans la région. Même si l'ensemble des communautés d'oiseaux sera caractérisé, l'étudiant se concentrera donc en particulier sur quatre espèces introduites en Polynésie française et en Nouvelle-Calédonie pour quantifier les divergences de comportement acoustique : trois « song-learners » (martin triste, bulbul à ventre rouge, capucin donacole) et un « non-learner » (tourterelle zébrée). Elles sont particulièrement vocales et différentes combinaisons de ces espèces existent entre les îles ciblées, permettant des comparaisons entre îles liées à la présence/absence de chaque espèce. En travaillant le long de gradients de développement anthropique et d’ouverture de l’habitat, Antoine combinera l'utilisation d'enregistreurs acoustiques automatiques déployés sur le terrain pendant plusieurs jours, de microphone directionnel, de points-écoute, d’observations comportementales focales et d’expériences de playback pour mener à bien ce projet. Il utilisera ensuite des outils d'intelligence artificielle (notamment via le logiciel Arbimon) pour automatiser l'analyse des enregistrements audio, et des analyses statistiques inférentielles et Bayésiennes (avec R), afin d’apporter des éléments de réponse aux questions abordées dans le projet.

Acoustic behaviors are at the core of communication in birds. Although our understanding of the evolution of these behaviors is still limited, substantial progress has recently been made using comparative methods. Studies comparing the songs of a large number of species have revealed the importance of morphology, phylogeny, habitat, and regional species richness in the evolution of bird song structure. Field studies have also compared the songs of different populations of the same species, revealing geographic divergences within species, including the existence of dialects. Such studies have also allowed for more direct testing of how the environment (e.g., habitat openness or urbanization) affects song divergence. Thus, theoretical and comparative studies suggest that drift, natural selection, and sexual selection can lead to the evolution of these behaviors, but empirical demonstrations are generally lacking due to the difficulties encountered in testing their importance in situ. This Ph.D. project aims to fill this gap by exploiting a unique quasi-experimental opportunity: the repeated introduction of exotic birds to the islands of the South Pacific. After introduction to a new area, a species may modify its behavior to adapt to the new soundscape while altering the soundscape itself, triggering changes in the acoustic behavior of native species. Since the same species have been introduced to a diversity of islands, habitats, and bird communities, this project will allow direct testing of the main theoretical hypotheses explaining acoustic divergence with a high level of replication. The islands of French Polynesia and New Caledonia are particularly suitable for this project. Due to their isolation, they host relatively poor bird communities (and therefore easy to characterize) that are often similar between islands. They also contain a significant component of non-native species, and the same species have been introduced to some islands but not others, often with known introduction dates. Finally, they present significant environmental variations. In this context, the student will aim to work on introduced and native species to address the following questions: Which acoustic characteristics are the most divergent after a species is introduced into a new environment? We expect the circadian rhythm of acoustic activity to be the fastest to change, as it is not constrained by morphological attributes, unlike parameters such as song frequency. For example, native birds might sing more at night in the presence of introduced birds that dominate the soundscape during the day. 1) Do acoustic characteristics diverge in response to ecological factors such as habitat openness, urbanization, and bird community structure? If acoustic divergence is due to adaptive evolution, we expect song and call frequency to change consistently from one island to another in response to the same acoustic characteristics of the environment. 2) How do age and population size affect acoustic diversity and divergence? We expect larger populations to show more divergence than smaller ones, according to recent models, while populations established over a longer period should also be more divergent between islands/habitats, as they have had more time to drift and/or respond to local selection. 3) Do divergences in signal expression and perception co-evolve? We expect divergence in signal expression (song structure, activity period) and perception (response to playback) to co-vary, a hypothesis that has not been tested at the intra-specific level. To address these questions, the student will record and characterize the songs and calls of native and introduced birds on the islands of the Society Archipelago and on Grande Terre in New Caledonia, and will benefit from existing recordings collected on nine islands in the Australs and Tuamotus. Additionally, he will conduct playback experiments to characterize variations in signal perception. These islands have been selected to maximize the diversity of combinations of four target species repeatedly introduced in the region. Although the entire bird communities will be characterized, the student will focus particularly on four species introduced in French Polynesia and New Caledonia to quantify acoustic behavior divergences: three ''song-learners'' (Common Myna, Red-vented Bulbul, Chestnut-breasted mannikin) and one ''non-learner'' (Zebra Dove). These species are particularly vocal, and different combinations exist between the targeted islands, allowing comparisons between islands related to the presence/absence of each species. Working along gradients of anthropogenic development and habitat openness, Antoine will combine the use of automatic acoustic recorders deployed in the field for several days, a directional microphone, listening points, focal behavioral observations, and playback experiments to carry out this project. He will then use artificial intelligence tools (e.g via the Arbimon software) to automate the analysis of audio recordings, and inferential and Bayesian statistical analyses (with R) to provide answers to the questions addressed in the project.