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Fragmentation & biological invasions

Conséquences de la fragmentation des forêts et conditions pour les invasions biologiques : le cas des oiseaux des Caraïbes

Le rythme auquel les activités anthropiques modifient les écosystèmes s'est récemment accéléré. La fragmentation des habitats et les invasions biologiques constituent deux menaces majeures pour la biodiversité, ces deux processus étant responsables du déclin de nombreuses populations et espèces.

Malgré une abondante littérature consacrée à l'impact de la fragmentation ou des invasions biologiques sur l'abondance et la diversité des espèces, la manière dont ces deux changements globaux altèrent les processus écologiques et évolutifs reste mal comprise.

Ce projet a pour ambition d'étudier les effets de la fragmentation sur plusieurs attributs des individus/populations pour un ensemble d'espèces d'oiseaux représentant un gradient de spécialisation à l'habitat forestier :

  • la diversité génétique, en réponse aux changements démographiques (populations plus petites et plus isolées)
  • la qualité phénotypique des individus (i.e. morphologie, immunologie, physiologie, signaux colorés)
  • les interactions hôte-parasites

De plus, nous testerons deux hypothèses récentes visant à expliquer le succès des invasions biologiques (l'hypothèse de la perte des ennemis naturels, et l'hypothèse d'une allocation différentielle dans les composantes du système immunitaire), et nous appréhenderons certaines conséquences de ces invasions sur les espèces natives.

Ce projet est conduit sur quatre territoires : Guyane, Guadeloupe, Martinique, et Montserrat. Alors que ces territoires abritent une importante biodiversité souvent endémique, ils sont le siège d'une importante érosion et fragmentation du manteau forestier mais aussi de nombreuses introductions ou invasions, principalement en raison des activités humaines et d'une forte croissance démographique.

En plus de contribuer à une meilleure connaissance des conséquences écologiques et évolutives de la fragmentation de l'habitat et des invasions biologiques, ce projet produira des résultats précieux pour les acteurs et décideurs de la gestion de la biodiversité.

La collaboration de partenaires scientifiques et de partenaires concrètement impliqués dans les plans de conservation locaux facilitera en effet l'intégration de la recherche et de la gestion de la biodiversité.

Site

Le contexte

La plupart des écosystèmes naturels ont été altérés depuis longtemps par les activités anthropiques, mais ce processus s'est récemment accéléré. La transformation des habitats liée aux activités humaines est susceptible de perturber les relations inter-spécifiques (compétition, prédation, parasitisme…) mais aussi d'entraîner des changements abiotiques. Elle pourrait ainsi modifier la direction et l'intensité de la sélection naturelle et de la sélection sexuelle. Il est donc urgent de comprendre comment ces modifications des habitats naturels affectent la biodiversité, non seulement pour la préserver mais aussi pour prédire les changements des trajectoires évolutives des espèces concernées.

Pourquoi l'écosystème forestier ?

Les habitats forestiers sont les milieux naturels les plus impactés par la destruction, la fragmentation et la dégradation. Si les forêts tempérées sont aujourd'hui en expansion dans plusieurs régions après une période de forte régression et de surexploitation, les forêts tropicales et subtropicales disparaissent à un rythme inquiétant. Ces écosystèmes sont en même temps ceux qui hébergent la biodiversité terrestre la plus rande.

Anse Couleuvre, Martinique

Pourquoi les oiseaux ?

Les processus écologiques et évolutifs ont été peu étudiés chez les oiseaux tropicaux, relativement aux oiseaux des zones tempérées. Par exemple, les conséquences de la fragmentation forestière sur la dispersion et les mouvements des oiseaux restent méconnues. Par ailleurs, les oiseaux sont supposés être moins affectés que d'autres organismes par la fragmentation à des échelles géographiques locales en raison de leur capacité de dispersion a priori élevée. Cependant, plusieurs éléments suggèrent que l'impact de la fragmentation d'un paysage sur les populations d'oiseaux pourrait avoir été sous-estimé, en particulier dans les zones tropicales et subtropicales.

Merle à col blanc

Pourquoi ces territoires ?

Les Caraïbes sont un des 25 hotspots de biodiversité et la Guyane appartient à une des trois principales zones sauvages. Alors que ces régions abritent une très grande diversité d'espèces, elles ont fait face à la perte de nombreux habitats naturels originels (spécialement les forêts tropicales) résultant des activités d'une population humaine dense et croissante.
Le niveau élevé d'endémisme qui caractérise ces territoires souligne l'originalité des faunes et des flores locales, mais il confère également à ces territoires une importante responsabilité vis-à-vis de la protection de cette biodiversité.

Fragment forestier isolé par des cultures

Dans les trois îles concernées par le projet, le paysage a d'abord été profondément transformé par le développement de l'agriculture après la colonisation par leur Européens (production de sucre, bananes, café, tabac…). En Guadeloupe et en Martinique, le second facteur de modification du paysage correspond à l'expansion démographique locale (par exemple, la Martinique est la région française possédant la densité d'habitants la plus élevée, après la région parisienne). En plus de la modification des habitats (et probablement en interaction avec elle), la faune et la flore locales ont souffert de l'introduction/invasion de nombreuses espèces ayant joué un rôle de compétiteurs ou de prédateurs.

En Guyane, de nombreux habitats reconnus importants pour la biodiversité à une échelle régionale (dont les habitats forestiers) sont limités à la bande côtière. Or, plus de 80% de la population habite précisément cette partie du territoire, et les modèles démographiques prédisent un doublement de la population dans les 20 prochaines années (prévisions INSEE), en particulier dans cette zone. La plupart des études menées en Guyane se concentrent sur la forêt tropicale amazonienne (qui bénéficie de mesures de protection), et l'impact de la fragmentation sur les forêts côtières reste inexploré alors qu'il s'agit du secteur de la Guyane le plus perturbé.

Les tâches

Ce projet est structuré en cinq grandes tâches :

Les tâches

Tâche 1 : Fragmentation et diversité génétique

La fragmentation, produisant des patches de plus petites tailles et plus isolés les uns des autres, pourrait conduire à des populations plus petites échangeant moins d'individus. Ces changements démographiques sont susceptibles d'affecter la variabilité génétique des populations naturelles, cette variabilité étant liée au potentiel évolutif et au risque d'extinction des populations naturelles. L'étude des patrons de variabilité génétique (intra- et inter-populations) permettra donc indirectement d'appréhender les effets de la fragmentation sur la démographie des oiseaux. Nous examinerons en particulier comment la structure du paysage influence les mouvements des individus.

Génotypage d un individu

Tâche 2 : Fragmentation et variabilité phénotypique

Tâche 3 : Fragmentation et interactions hôte-parasites

Tâche 4 : Invasions biologiques et immuno-écologie

Tâche 5 : spécialisation écologique et réponse à la fragmentation

Méthodes

Ce projet repose sur l'intégration de plusieurs disciplines (génétique des populations, morphométrie, immunologie, analyses spatiales…) et implique des approches descriptive et expérimentale.

Pour chaque espèce, l'approche descriptive consiste à échantillonner des individus dans plusieurs populations issues de différents environnements (i.e. fragments forestiers petits/grands et connectés/isolés). Les oiseaux sont capturés à l'aide de filets. Ils sont bagués et relâchés après la collecte de quelques mesures/échantillons.

Filet de capture
Filet de capture
Oiseau pris dans un filet
Oiseaux pris dans un filet
Camp de travail
Camp de travail
Pose d'une bague
Pose d'une bague

Mesure de la longueur du tarse
Mesure de la longueur du tarse
Mesure de la longueur de l'aile
Mesure de la longueur de l'aile
Prise de sang
Prise de sang
Photographie pour mesure de couleur
Photographie pour mesure de couleur

Plusieurs caractères morphologiques sont en effet mesurés (masse, longueur de l'aile, longueur du tarse…) et un échantillon sanguin est prélevé sur chaque individu. Selon les individus/espèces, des photos des parties nues ou du plumage sont également prises, et quelques plumes sont prélevées.


Tous les échantillons collectés sur le terrain sont ensuite analysés au laboratoire pour produire différentes données.

Données génétiques
Données génétiques
Génotypage d'un individu
Sexe
Sexage moléculaire
Sexage moléculaire


Aptitude immunitaire
Plaque hémagglutination
Test d'hémagglutination
Prévalence et charge parasitaire
Détection de Plasmodium sur frottis
Frottis sanguin et détection de Plasmodium
Qualité des signaux colorés
Mesure de couleur sur photographie
Mesure de couleur sur photo

L'approche expérimentale concerne la tâche 4 (rôle de l'immunité dans les invasions biologiques). Les oiseaux sont capturés à l'aide de filets et gardés captifs quelques jours avant d'être relâchés. La réponse inflammatoire des oiseaux est mesurée après injection intrapéritonéale d’une solution de lipo-polysaccharides d’extraits membranaires d’E. coli dilués dans du tampon phosphate salin (PBS).
Cette technique permet de provoquer une réponse inflammatoire modérée qui peut être quantifiée par la production d'une protéine marqueur de l'inflammation (l'haptoglobine). La réponse immunitaire des individus est comparée entre zones native et envahie.

Les espèces étudiées

La liste des espèces étudiées dans le cadre de ce projet est donnée dans le tableau suivant.

Noms français Noms scientifiques Noms anglais
GUYANE
(French Guiana)
Campylotpère à ventre gris Campylopterus largipennis Gray-breasted Sabrewing
Dryade à queue fourchue Thalurania furcata Fork-tailed Woodnymph
Ermite à brins blancs Phaethornis superciliosus Long-tailed Hermit
Grimpar bec-en-coin Glyphorynchus spirurus Wedge-billed Woodcreeper
Manakin auréolé Pipra aureola Crimson-hooded Manakin
Manakin à tête d'or Pipra erythrocephala Golden-headed Manakin
Manakin casse-noisette Manacus manacus White-bearded Manakin
Manakin tijé Chiroxiphia pareola Blue-backed Manakin
Merle à col blanc Turdus albicollis White-necked Thrush
Myrmidon à flancs blancs Myrmotherula axillaris White-flanked Antwren
Pipromorphe de McConnell Mionectes macconnelli McConnell's Flycatcher
ANTILLES
(Guadeloupe,
Martinique,
Montserrat)
Colibri à tête bleue Cyanophaia bicolor Blue Headed Hummingbird
Colibri madère Eulampis jugularis Purple-throated Carib
Colombe à croissants Geotrygon mystacea Bridled Quail-Dove
Colombe rouviolette Geotrygon montana Ruddy Quail-Dove
Elénie siffleuse Elaenia martinica Caribbean Elaenia
Grive à pieds jaunes Turdus lherminieri Forest Thrush
Merle à lunettes Turdus nudigenis Bare-eyed Thrush
Moqueur corrosol Margarops fuscatus Pearly-eyed Thrasher
Moqueur grivotte Margarops fuscus Scaly-breasted Thrasher
Moucherolle gobemouche Contopus latirostris Lesser Antillean Pewee
Paruline caféiette Dendroica plumbea Plumbeous Warbler
Saltator gros-bec Saltator albicollis Lesser Antillean Saltator
Solitaire siffleur Myadestes genibarbis Rufous-throated Solitaire
Sporophile rouge-gorge Loxigilla noctis Lesser Antillean Bullfinch
Sucrier à ventre jaune Coereba flaveola Bananaquit
Trembleur brun Cinclocerthia ruficauda Brown Trembler
Trembleur gris Cinclocerthia gutturalis Grey Trembler
Tyran janeau Myiarchus oberi Lesser Antillean flycatcher
Vacher luisant Molothrus bonariensis Shiny Cowbird
Viréo à moustaches Vireo altiloquus Black-whiskered Vireo

Résultats du projet Frag&Binv

Conséquences négatives de la fragmentation forestière à petite échelle spatiale sur la dispersion d'un oiseau tropical

Publié par Stéphane Garnier - 19-06-2017

Des analyses de génétique du paysage ont permis de mettre en évidence que la fragmentation du manteau forestier en Guadeloupe impacte négativement la dispersion d'une espèce d'oiseau endémique des Petites Antilles, la Paruline caféiette.

Cette étude a consisté à mettre en relation les patrons de structuration génétique des populations d'une espèce aviaire en Guadeloupe avec plusieurs facteurs potentiels de structuration : l'occupation des sols, le réseau routier, et l'altitude. Une approche d'optimisation a permis de montrer que l'occupation des sols est le facteur principal influençant la connectivité fonctionnelle des populations. De plus, les secteurs urbains semblent offrir la plus grande résistance à la dispersion de cette espèce spécialiste de l'habitat forestier, tandis que les terres agricoles sont associées à une résistance intermédiaire entre secteurs forestiers et urbains. Cette étude vient d'être acceptée dans la revue Molecular Ecology.

 

Référence de l'article : Khimoun A, Peterman W, Eraud C, Faivre B, Navarro N, Garnier S (2017) Landscape genetic analyses reveal fine-scale effects of forest fragmentation in an insular tropical bird. Molecular Ecology, sous presse.

 

Résumé de l'article

Dans le cadre de la génétique du paysage, la modélisation de surfaces de résistance est un outil puissant pour tester, de manière explicite, différentes hypothèses quant aux effets du paysage sur les flux de gènes. Afin d’évaluer les conséquences de la fragmentation de la forêt tropicale sur la connectivité des populations d’une espèce d’oiseau forestier, nous avons optimisé des surfaces de résistance sans a priori en utilisant deux types de distances écologiques : la distance de moindre cout (LCP) et la distance de résistance (IBR). Nous avons implémenté une procédure en 2 étapes afin de i) définir de manière objective la résolution thématique (niveau de détail utilisé pour décrire une variable de paysage) et l’étendue spatiale du paysage (surface à l’intérieur de la fenêtre de paysage) et de ii) tester le rôle relatif de plusieurs traits du paysage (altitude, routes, occupation des sols) dans la différenciation génétique de la Paruline caféiette (Setophaga plumbea).

Nous avons détecté une réduction du flux de gènes à petite échelle spatiale, principalement induite par le type d’occupation du sol, avec un impact négatif de la matrice non-forestière sur la connectivité fonctionnelle du paysage. Toutefois, les différentes composantes de la matrice paysagère n’affectent pas la connectivité des populations de la même manière et leur conductivité augmente avec leur similarité structurelle par rapport à l’habitat forestier : les surfaces ouvertes, telles que les zones urbaines et les prairies, sont associées aux plus fortes valeurs de résistance, alors que les surfaces agricoles présentent des valeurs de résistance intermédiaires. Nos résultats ont révélé une meilleure performance de IBR comparé à LPC pour expliquer les flux de gènes, ceci reflétant des mouvements de dispersion sub-optimaux au travers de ce paysage anthropisé. Ce dernier résultat remet en question l’utilisation courante des LCP pour définir les corridors d’habitat et plaide pour une plus large utilisation de la modélisation issue de la théorie des circuits dans ce contexte. Enfin, nos résultats soulignent la nécessité de définir, de manière objective, les différentes échelles du paysage (i.e. résolution thématique et étendue du paysage) et mettent en lumière de potentiels écueils liés à la paramétrisation des surfaces de résistance.

 

La performance relative de différents locus microsatellites (EST versus génomiques) dépend du niveau de divergence étudié.

Publié par Stéphane Garnier - 29-01-2017

Les microsatellites développés à partir de séquences exprimées (EST-SSRs), en dépit de leur niveau de polymorphisme inférieur, semblent avoir une puissance plus importante que les microsatellites génomiques pour détecter une faible différenciation génétique.

Cette étude compare les performances relatives de deux types de marqueurs microsatellites (d'une part des microsatellites développés à partir de séquences exprimées (EST-SSRs) et d'autre part des microsatellites génomiques) pour détecter de la différenciation génétique chez trois espèces d'oiseaux des Petites Antilles présentant des niveaux de structuration génétique différents. Elle montre que ces performances relatives varient en fonction du niveau de différenciation étudié. Le résultat le plus surprenant est qu'en dépit de leur niveau de variabilité inférieur, les EST-SSRs peuvent être plus puissants que les microsatellites génomiques pour détecter un patron de faible structuration génétique. Ce résultat remet en cause la pratique courante consistant à choisir les locus les plus polymorphes pour étudier la structure génétique des populations. Cette étude montre également l'intérêt des EST-SSRs dans les études de génétique de la conservation, en particulier chez des espèces pour lesquelles le développement de marqueurs génomiques spécifiques reste plus délicat. Ces résultats viennent d'être publiés dans la revue Molecular Ecology Resources.

Référence de l'article :

Khimoun A, Ollivier A, Faivre B, Garnier S (2016) Level of genetic differentiation affects relative performances of expressed sequence tag and genomic SSRs. Molecular Ecology Resources, sous presse.

 

 

Résumé de l'article

Les microsatellites, aussi appelés SSRs, sont des marqueurs de choix pour estimer des paramètres clés en génétique de la conservation, tels que les taux de migration ou la taille efficace des populations. L’amplification croisée de SSRs est le moyen le plus simple d’obtenir un ensemble de marqueurs, et afin d’améliorer la transférabilité des SSRs entre espèces, des locus SSRs hautement conservés ont récemment été développés à partir de séquences exprimées (EST). Les EST-SSRs étant situés dans des régions codantes, leurs régions flanquantes présentent une meilleure stabilité, diminuant ainsi la fréquence des allèles nuls et favorisant l’amplification croisée. Cependant, les EST-SSRs sont généralement moins variables que les SSRs génomiques, ce qui peut avoir des conséquences sur l’estimation de paramètres en génétique des populations, tels que la différenciation génétique. Afin d’évaluer le potentiel des EST-SSRs pour l’étude de la diversité génétique intra-spécifique, nous avons comparé les performances relatives des EST-SSRs et des SSRs génomiques en suivant une approche multi-spécifique. Nous avons testé la congruence des patrons et des niveaux de diversité génétique au sein et entre les populations, estimés à partir d’EST-SSRs ou de SSRs génomiques. Nous avons également évalué comment les performances relatives des EST-SSRs et SSRs génomiques peuvent être influencées par les niveaux de différentiation génétique. En cas de forte différenciation génétique, les EST-SSRs et les SSRs génomiques ont permis d’identifier des patrons de structuration génétique comparables, alors que les SSRs génomiques ont permis de détecter une structuration génétique plus fine que les EST-SSRs en cas de structuration génétique modérée. De manière plus surprenante, les EST-SSRs ont une meilleure puissance pour détecter une faible structuration génétique, comparé aux SSRs génomiques. Notre étude atteste que les EST-SSRs peuvent être un marqueur moléculaire pertinent pour les études de génétique de la conservation chez certains taxas, comme les oiseaux, pour lesquels le développement de SSRs génomiques est limité par leur faible fréquence.

 

 

 

 

 

Succès des invasions biologiques : moins de parasites et une réaction immunitaire inflammatoire moindre

Publié par Stéphane Garnier - 20-08-2016

Les oiseaux des populations invasives ont moins de parasites et une réaction immunitaire inflammatoire plus faible que ceux des populations natives.

Une approche biogéographique consistant à comparer des populations de Merle à lunettes (une espèce néotropicale originaire d'Amérique du Sud et ayant récemment colonisé les Petites Antilles) entre l'aire native de cette espèce et l'aire géographique récemment colonisée a fourni des résultats soutenant deux hypothèses couramment avancées pour expliquer le succès des invasions biologiques : l'hypothèse de la perte des ennemis naturels ("Enemy Release Hypothesis") et l'hypothèse d'une allocation différentielle dans les composantes du système immunitaire. D'une part les populations de l'aire géographique récemment colonisée ont une prévalence en parasites sanguins réduite par rapport à celles de l'aire native. Par ailleurs, la réponse inflammatoire (qui est la composante le plus couteuse de la réponse immunitaire) des oiseaux du front de colonisation est plus faible que celle de leurs congénères de l'aire native. Ces résultats viennent d'être publiés dans la revue Ecology and Evolution.

 

Référence de l'article :

Bailly J, Garnier S, Khimoun A, Arnoux E, Eraud C, Goret J-Y, Luglia T, Gaucher P, Faivre B (2016) Reduced inflammation in expanding populations of a neotropical bird species. Ecology and Evolution sous presse.

 

 

 

Résumé de l'article :

La perte d'agents de régulation tels que les parasites est un des changements majeurs dans les interactions biotiques auxquelles sont exposées les populations ayant récemment colonisé une nouvelle aire géographique. Dans un contexte de pression parasitaire moindre, les individus investissant moins dans les défenses immunitaires couteuses pourraient bénéficier d'un avantage sélectif et devenir de meilleurs colonisateurs en allouant leurs ressources dans d'autres traits liés à la valeur sélective. A partir de l'hypothèse de l'évolution d'une augmentation de l'aptitude compétitrice (EICA), il a ainsi été proposé que l'immunité des populations invasives ait évolué vers une réduction de l'investissement dans la composante innée de l'immunité, qui est la plus couteuse, et une augmentation de la réponse humorale, moins couteuse. Les approches biogéographiques comparant des populations des aires natives et récemment colonisées sont particulièrement utiles pour tester cette hypothèse, mais ce genre d'étude reste très rare. Nous avons effectué une comparaison biogéographique entre populations de Merle à lunettes (Turdus nudigenis) provenant de son aire de distribution native (Amérique du Sud) et de la région récemment colonisée (les îles caribéennes). Nous avons d'abord comparé la prévalence des haemosporidés et les niveaux circulants d'haptoglobine (une protéine de la réaction inflammatoire). Puis nous avons imposé un challenge immunitaire à des oiseaux des deux régions grâce à une injection de lipopolysaccharides (LPS) d'Escherichia coli et nous avons quantifié la production d'haptoglobine ainsi que le changement de masse après injection. Une prévalence d'hémosporidés inférieure et des niveaux circulants d'haptoglobine plus faibles ont été observés chez les individus de l'aire géographique récemment colonisée que chez les individus de l'aire géographique native. De plus, la réaction inflammatoire induite par l'injection de LPS et le coût associé en termes de perte de masse étaient plus faibles chez les oiseaux des populations colonisatrices que chez les oiseaux de l'aire native. En accord avec l'hypothèse de la perte des ennemis naturels (ERH), nos résultats suggèrent que le front de colonisation est associé à une réduction du risque infectieux. Ces résultats soutiennent également l'hypothèse selon laquelle des mécanismes permettant d'inhiber la réponse inflammatoire auraient évolué chez les individus des populations récemment établies, et sont conformes à une prédiction de l'hypothèse EICA, proposée pour expliquer le succès de certaines invasions biologiques.

 

Structure du paysage en Guadeloupe et patrons de dispersion d'un oiseau forestier endémique

Publié par Stéphane Garnier - 25-07-2016

Des analyses de génétique du paysage ont permis de montrer, en Guadeloupe, que les habitats ouverts et urbanisés sont des freins importants à la dispersion chez un oiseau endémique de cette île et de la Dominique, la Paruline caféiette.

Ces résultats ont été présentés par Aurélie Khimoun lors du colloque Island Biology 2016 qui s'est tenu aux Açores du 18 au 22 juillet. Il s'agissait de la seconde conférence internationale sur l'Evolution, l'Ecologie et la Conservation des milieux insulaires. Ci-dessous le résumé de cette communication.

 

 

 

Résumé de la présentation

 La fragmentation des habitats est une menace sévère pour la biodiversité puisqu’elle peut entrainer la diminution de la taille et de la connectivité des populations, conduisant à une augmentation de la dérive génétique et une diminution des flux de gènes. En conséquence, on s’attend à observer une diminution de la diversité génétique au sein des populations et une augmentation de la différenciation génétique entre les populations, pouvant entrainer la modification des trajectoires évolutives des espèces et conduire à des extinctions locales. Comprendre comment la structure du paysage influence la dispersion des individus et les flux de gènes entre populations est donc une étape cruciale pour inférer les conséquences de la fragmentation des habitats et proposer des directives de gestion. Dans cette étude, nous avons suivi une approche de génétique du paysage, qui vise à lier les patrons de différentiation génétique des populations à des traits particuliers du paysage par l’intermédiaire de surfaces de résistance où des valeurs de résistance-au-mouvement des individus sont assignées aux différents types d’occupation des sols. Nous nous sommes focalisés sur une espèce d’oiseau spécialiste de l’habitat forestier, la Paruline caféiette, qui est endémique des iles de la Guadeloupe et de la Dominique. Nous avons utilisé une méthode d’optimisation de modèle pour déterminer les traits du paysage qui favorisent/contraignent les flux de gènes chez cette espèce en Guadeloupe. La connectivité fonctionnelle du paysage a été révélée avec des données microsatellites et une mesure de distance écologique a été calculée afin de décrire la connectivité structurelle du paysage. Les données génétiques ont révélé une structuration génétique entre et au sein des deux parties l’ile (Grande-Terre et Basse-Terre). Nos résultats montrent que la distance de moindre coût décrit mieux les données de différentiation génétique que la distance Euclidienne seule, attestant de l’effet de la structure du paysage sur les flux de gènes. Concernant les valeurs de résistance assignées aux différents types d’occupation des sols, les plus faibles valeurs de résistance étaient assignées aux surfaces forestières, agricoles, et aux surfaces en eau, alors que les plus fortes valeurs de résistance étaient assignées aux pairies et surfaces urbaines. Enfin, les surfaces de résistance optimisées ont révélé que l’isthme connectant Basse-Terre et Grande-Terre ainsi que les environs de la ville de Pointe-à-pitre constituent une barrière relativement forte aux flux de gènes chez la Paruline caféiette.

Fragmentation des forêts des Petites Antilles et diversité parasitaire chez un oiseau insulaire

Publié par Stéphane Garnier - 25-07-2016

La fragmentation des habitats modifie les interactions hôte-parasites et semble entrainer une augmentation du risque infectieux.

Des analyses moléculaires ont permis de détecter et d'identifier les parasites responsables de la malaria aviaire dans plusieurs populations d'une espèce d'oiseau endémique des Petites Antilles, le Sporophile rouge-gorge. Ces analyses, conduites en Martinique et en Guadeloupe, ont permis de montrer que la proportion d'individus parasités était plus élevée dans les populations vivant dans des forêts fragmentées que dans des milieux forestiers préservés. Antón David Pérez-Rodríguez a présenté ces résultats lors du colloque Island Biology 2016 qui s'est tenu aux Açores du 18 au 22 juillet. Il s'agissait de la seconde conférence internationale sur l'Evolution, l'Ecologie et la Conservation des milieux insulaires. Ci-dessous le résumé de cette communication.

 

 

Résumé de la présentation :

Les modifications des pressions parasitaires figurent parmi les principaux effets négatifs de la fragmentation des forêts sur les populations animales. Leurs effets semblant dépendre du contexte, il est pour l'heure difficile d'établir un patron général quant aux conséquences de la fragmentation sur les risques d'infection. Nous avons donc testé l'effet de la fragmentation des forêts sur la prévalence et la richesse des parasites haemosporidés aviaires chez une espèce endémique des Petites Antilles: le Sporophile rouge-gorge (Loxigilla noctis). Entre 2012 et 2014, un total de 1 098 individus a été échantillonné dans des fragments forestiers hétérogènes en Guadeloupe et en Martinique. La présence et l'identité des haemosporidés ont été déterminées à l'aide de méthodes moléculaires. Nous avons ainsi mis en évidence que deux souches (Plasmodium ICTCAY01 and Haemoproteus LOXPOR01) étaient responsables de la majorité des infections. Bien que la prévalence soit très variable d'une île à l'autre, nous avons mis en évidence qu'une plus grande prévalence est généralement associée à des paysages plus fragmentés. Cette relation n'est presque pas affectée par les conditions bioclimatiques, alors que les fragments échantillonnés sont caractérisés par des régimes de précipitations très variables. Ces résultats permettent de mieux comprendre comment la fragmentation des forêts peut influencer les pressions parasitaires sur des îles tropicales, caractérisées à la fois par la présence de nombreuses espèces d'oiseaux endémiques, parfois menacées, et par des activités anthropiques à l'origine de la dégradation et/ou de la perte de nombreux habitats naturels.

La réponse des oiseaux tropicaux à la fragmentation des forêts dépend de leur niveau de spécialisation écologique.

Publié par Stéphane Garnier - 10-06-2016

Une approche comparative a permis de montrer que les espèces d'oiseaux tropicaux les plus spécialistes de la forêt sont aussi les plus sensibles à la fragmentation de cet habitat.

Des analyses de génétique des populations ont été effectuées en Guadeloupe sur huit espèces d'oiseaux tropicaux. Parallèlement, leur niveau de spécialisation à la forêt a été estimé empiriquement à l'aide d'un millier de points d'écoute. Les résultats obtenus montrent que plus une espèce est spécialiste de la forêt, plus elle est affectée par la fragmentation de son habitat, notamment en termes de rupture de connectivité des populations. Si ce résultat est conforme aux prédictions initiales, il demeure une démonstration empirique assez unique à cette échelle spatiale pour des oiseaux. Cette étude vient d'être publiée dans la revue Molecular Ecology.

 

Référence de l'article :

Khimoun A, Eraud C, Ollivier A, Arnoux E, Rocheteau V, Bely M, Lefol E, Delpuech M, Carpentier M-L, Leblond G, Levesque A, Charbonnel A, Faivre B, Garnier S (2016) Habitat specialization predicts genetic response to fragmentation in tropical birds. Molecular Ecology 25: 3831-3844.

 

 

Résumé de l'article

La fragmentation des habitats est l’une des principales menaces pour la biodiversité, pouvant entrainer des changements de structuration génétique des populations, avec des modifications ultimes du potentiel évolutif des espèces et des extinctions locales. Néanmoins, la fragmentation n’a pas le même impact sur toutes les espèces et identifier les traits écologiques qui sont liés à la sensibilité des espèces à la fragmentation pourrait aider à prioriser les efforts de conservation. Malgré les liens théoriques existants entre écologie des espèces et risque d’extinction, les études comparatives testant explicitement l’hypothèse que certains traits écologiques sous-tendent la structuration génétique des espèces sont rares. Ici, nous avons suivi une approche comparative sur huit espèces d’oiseaux, coexistant à travers le même paysage fragmenté. Pour chaque espèce, nous avons quantifié les niveaux relatifs de spécialisation forestière et de différentiation génétique entre les populations. Afin de tester le lien entre spécialisation et sensibilité à la fragmentation forestière, nous avons évalué les réponses des espèces à la fragmentation en comparant les niveaux de différentiation génétique entre paysages de forêt continue et fragmentée. Nos résultats ont révélé une structuration génétique significative et conséquente à une échelle spatiale réduite pour des organismes mobiles tels que les oiseaux. De plus, nous avons montré que les espèces spécialistes de la forêt sont plus sensibles à la fragmentation que les espèces généralistes. Enfin, nos résultats suggèrent qu’un indice de spécialisation d’habitat, même assez simple, peut être un bon prédicteur des conséquences génétiques et démographiques de la fragmentation des habitats, fournissant ainsi un outil quantitatif fiable pour la biologie de la conservation.

 

Patrons de diversité génétique contrastés entre plusieurs espèces d'oiseaux des Petites Antilles

Publié par Stéphane Garnier - 12-02-2016

Les patrons de différenciation génétique entre trois îles des Petites Antilles observés chez huit espèces d'oiseaux montrent d'importants contrastes, et ne coïncident pas toujours avec la distinction des sous-espèces décrites dans ces îles.

Des analyses de génétique des populations effectuées sur trois îles des Petites Antilles ont permis de comparer la diversité génétique intra-spécifique et sa structuration entre huit espèces d'oiseaux. Non seulement les patrons observés sur les mêmes territoires diffèrent d'une espèce à l'autre, mais ils entrent parfois en conflit avec la délimitation géographique des sous-espèces décrites dans ces îles. Ces résultats viennent d'être publiés dans la revue Genetica.

Référence de l'article : Khimoun A, Arnoux E, Martel G, Pot A, Eraud C, Condé B, Loubon M, Théron F, Covas R, Faivre B, Garnier S (2016) Contrasted patterns of genetic differentiation across eight bird species in the Lesser Antilles. Genetica 144: 125-138.

 

 

Résumé de l'article

Les archipels sont considérés comme des "laboratoires naturels" pour l'étude des processus régissant la distribution de la diversité. Les Petites Antilles offrent un contexte géographique favorable à l'évolution de la divergence. Néanmoins, bien que des sous-espèces aient été décrites sur la base de critères morphologiques chez un grand nombre d'espèces aviaires dans cet archipel, le potentiel de cet archipel à générer de la divergence intra-spécifique chez des organismes aussi mobiles que les oiseaux reste peu étudié. Dans cette étude, nous avons évalué les niveaux de diversité génétique intra-spécifique et de différenciation entre trois îles des Petites Antilles (Guadeloupe, Dominique, et Martinique) chez huit espèces d'oiseaux. Pour chaque espèce, nous avons mis au point un jeu de marqueurs microsatellites à partir d'amplifications croisées. Des patrons de différenciation significative ont été mis en évidence chez toutes les espèces, qu'il s'agisse de comparaisons entre et/ou au sein des îles. Cependant, les niveaux de différenciation génétique intra-spécifique pour les huit espèces n'étaient pas toujours concordants avec les délimitations géographiques des sous-espèces décrites dans ces trois îles. Ces résultats suggèrent des histoires de colonisation et d'expansion différentes et/ou l'existence de traits écologiques propres à certaines espèces qui affecteraient les flux de gènes. Ces contrastes entre espèces soulignent l'importance des approches multispécifiques dans l'étude des facteurs historiques et contemporains modelant la distribution de la diversité sur les îles.

La structure du paysage guadeloupéen influence les flux de gènes d'une espèce d'oiseau endémique

Publié par Stéphane Garnier - 24-10-2015

Des analyses de génétique du paysage ont permis de décrire l'effet de la structure du paysage en Guadeloupe chez un oiseau endémique de cette île et de la Dominique, la Paruline caféiette. Les habitats ouverts et urbanisés semblent être des freins à la dispersion chez cette espèce très forestière.

Ces résultats ont été présentés lors du colloque Spatial data meetings for interdisciplinary sciences, organisé à Dijon les 23 et 24 octobre. Ci-dessous le résumé de cette communication.

 

Influence de la structure du paysage sur les flux de gènes d’une espèce d’oiseau forestière

(Khimoun A, Navarro N, Laffont R, Faivre B & Garnier S)

 

La fragmentation des habitats est définie comme la conversion d’un habitat continu en fragments isolés de plus petite taille et résulte en un patron d’hétérogénéité spatiale du paysage. La fragmentation est une menace majeure de la biodiversité car elle peut entrainer la diminution de la taille et de la connectivité des populations locales, conduisant à une augmentation de la dérive génétique et une diminution des flux de gènes. En conséquence, une diminution de la diversité génétique au sein des populations ainsi qu’une augmentation de la structuration génétique entre populations précédemment connectées sont attendues, pouvant induire, à terme, une modification de la trajectoire évolutive des espèces et de potentielles extinctions locales. Dans ce contexte, comprendre comment la structure du paysage influence la dispersion des individus et les flux de gènes entre populations est une étape cruciale dans l’évaluation des conséquences de la fragmentation et l’élaboration de propositions de gestion des habitats.

Les données génétiques peuvent être utilisées pour estimer les flux de gènes entre populations et évaluer la connectivité fonctionnelle d’un paysage pour une espèce donnée. La majorité des études de génétique des populations se sont attachées à caractériser des sous-populations discrètes et corréler leurs délimitations géographiques avec des traits du paysage, afin d’identifier de potentielles barrières aux flux de gènes. Dans cette étude, nous avons adopté une approche de génétique du paysage, selon laquelle les patrons de connectivité génétique entre populations sont corrélés à des traits du paysage via la construction de surfaces de résistance qui assignent différentes valeurs de résistance au mouvement aux différents types d’habitats. Nous nous sommes intéressés ici à une espèce d’oiseau spécialiste de l’habitat forestier et endémique des îles de la Guadeloupe et de la Dominique, la Paruline caféiette. Nous avons utilisé une approche d’optimisation de modèle pour quantifier quels types d’occupation des sols (e.g. surfaces forestière, urbanisée, agricole, etc…) facilitent ou au contraire freinent les flux de gènes chez cette espèce, dans le paysage fragmenté de la Guadeloupe. La connectivité fonctionnelle du paysage a été évaluée à l’aide de marqueurs microsatellites et deux types de distances écologiques, la distance de moindre coût et la distance de résistance, ont été calculées pour décrire la connectivité structurelle du paysage. Nos résultats ont montré que les distances de moindre coût et de résistance expliquaient mieux la structuration génétique des populations que la distance euclidienne, témoignant de l’influence du paysage sur la dynamique des flux de gènes. Les deux distances écologiques ont fourni des résultats similaires en ce qui concerne les valeurs de résistance relatives des différents types d’occupation des sols. Les valeurs de résistance les plus faibles étaient attribuées aux surfaces forestières, aux surfaces de maraichage et aux surfaces en eau. Les valeurs de résistances les plus élevées étaient attribuées aux habitats ouverts, tels que les prairies et les surface urbanisées, alors que des valeurs de résistance intermédiaires étaient attribuées aux surfaces intermédiaires en termes de structure de végétation (cultures de banane et de canne à sucre). La carte de résistance du paysage optimisée (voir Figure) a révélé que l’isthme qui relie Basse-Terre et Grande-Terre, ainsi que le voisinage de Pointe-à-Pitre, constituent une importante barrière aux flux de gènes entre les populations de Paruline caféiette. Ces résultats restent préliminaires et des analyses complémentaires, portant notamment sur l’influence d’autres traits du paysage tels que le réseau routier ou la topologie, sont en cours de réalisation.

 

 

Différenciation remarquable chez la Grive à  pieds jaunes en Guadeloupe

Publié par Stéphane Garnier - 23-06-2014

Une étude de la structure des populations de Grive à  pieds jaunes a révélé une importante différenciation génétique entre trois îles occupées par cette espèce, et de manière plus surprenante, l'existence de deux entités génétiques clairement différenciées au sein de la Guadeloupe.

 

On considère généralement que les capacités de vol des oiseaux leur confèrent un potentiel de dispersion important. Autrement dit, les oiseaux sont a priori capables de disperser entre populations peu éloignées (en l'absence d'une barrière physique à la dispersion). Cette idée est depuis peu remise en cause par plusieurs travaux montrant l'existence de barrières aux flux de gènes de type comportementale. C'est en tout cas ce que semblent indiquer les résultats récemment obtenus sur une espèce d'oiseau endémique des Petites Antilles, la Grive à pieds jaunes. Nous avons observé chez cette espèce une très forte différenciation génétique entre populations de la même île distantes d'une dizaine de kilomètres. Les populations de Grive à pieds jaunes guadeloupéennes constitueraient ainsi deux pools génétiques distincts, un présent sur Grande-Terre et l'autre sur Basse-Terre, entre lesquels il n'y aura pas (ou très peu) d'échanges. Ces résultats viennent d'être publiés dans la revue Heredity.

 

Référence de l'article : Arnoux E, Eraud C, Navarro N, Tougard C, Thomas A, Cavallo F, Vetter N, Faivre B, Garnier S (2013) Morphology and genetics reveal an intriguing pattern of differentiation at a very small geographic scale in a bird species, the forest thrush Turdus lherminieri. Heredity, 113: 514-525.

 

 

Résumé de l'article.

Pour des organismes très mobiles, on ne peut observer a priori de la différenciation entre populations qu'à partir de distances géographiques relativement importantes. Cependant, de plus en plus de travaux montrent une discordance entre dispersion potentielle et flux de gènes. Dans cette étude, nous décrivons un patron de différenciation à une très petite échelle spatiale chez la Grive à pieds jaunes (Turdus lherminieri), une espèce d'oiseau endémique des Petites Antilles. L'analyse de 331 individus issus de 17 sites d'échantillonnage répartis sur trois îles a permis de mettre en évidence une différenciation morphologique et génétique claire entre ces îles distantes de 40-50 km. Plus singulièrement, nous avons observé que la divergence phénotypique entre les deux zones géographiques de la Guadeloupe est associée à une forte différenciation génétique (FST entre 0.073 et 0.153), ce qui constitue un cas remarquable chez les oiseaux compte tenu de la très petite échelle spatiale considérée. Les données moléculaires (séquences de la région de contrôle de l'ADN mitochondrial et génotypes microsatellites) indiquent que cette forte différenciation pourrait avoir évolué in situ, même si d'autres hypothèses ne peuvent pas être totalement exclues. Cette étude suggère que l'impact de la fragmentation croissante des habitats sur les populations aviaires, en particulier des forêts tropicales, pourrait avoir été sous-estimé.

 

Publication d'un article dans Journal of Ornithology

Publié par Stéphane Garnier - 21-05-2013

Une importante différenciation phénotypique vient d'être mise en évidence à une échelle spatiale réduite (au sein de la Guadeloupe) chez la Grive à  pieds jaunes, une espèce méconnue à valeur patrimoniale.

Référence de l'article : Arnoux E, Eraud C, Thomas A, Cavallo F, Garnier S, Faivre B (2013) Phenotypic variation of Forest Thrushes Turdus lherminieri in Guadeloupe: evidence for geographic differentiation at fine spatial scale. Journal of Ornithology, 154: 977-985.

Résumé.

Chez les oiseaux, la différenciation spatiale a beaucoup été étudiée à large échelle. Cependant, les études à petite échelle spatiale sont également très pertinentes chez les oiseaux car leur capacité de dispersion peut s'avérer étonnamment réduite. Chez la Grive à pieds jaunes (Turdus lherminieri), nous avons étudié plusieurs caractères morphologiques couramment utilisés pour appréhender la différenciation parce qu'ils reflètent l'action de processus démographiques et sélectifs. La Grive à pieds jaunes est un oiseau endémique et menacé des Antilles qui a connu un fort déclin lors des 15 dernières années, et dont le fonctionnement et la structure des populations restent méconnus. Nous avons comparé des oiseaux issus de 11 localités en Guadeloupe, distantes de 2 à 42 km et distribuées dans les deux zones géographiques de l'île (i.e. Grande-Terre et Basse-Terre). En utilisant deux descripteurs synthétiques (de la taille corporelle et de la longueur des plumes), nous avons mis en évidence une importante différenciation micro-géographique entre populations de Grive à pieds jaunes pour le descripteur de la taille corporelle mais pas pour le descripteur du plumage. Mâles et femelles sont tous deux plus grands en Basse-Terre qu'en Grande-Terre malgré la proximité géographique de ces deux zones. Plusieurs hypothèses peuvent être proposées pour expliquer ces résultats : (1) absence de flux de gènes entre les deux zones géographiques, 2) plasticité phénotypique, 3) divergence avec flux de gènes.