La théorie de l'insularité et son apport dans la biologie de la conservation

Partition de la niche

Quel est le degré de différences minimales nécessaires entre deux espèces pour qu’elles coexistent : partition de la niche ou

des ressources

Hutchinson (1957) : hypervolume à n variables physiques et biologiques indépendantes

MacArthur (1958). Population Ecology of Some Warblers of Northeastern Coniferous Forests. Ecology 39.

Utilisation de zones de prospection de 5 fauvettes forestières insectivores de taille équivalentes du New Hampshire

Mc Arthur & Wilson (1967) : the theory of Island biogeography

La richesse spécifique d’une île est dynamique et dépend de deux processus

Pourquoi les îles ont-elles moins d’espèces que les continents de même surface ?

Impact de la théorie de l’insularité

Une théorie d’assemblage des espèces basées sur les capacités de colonisation

Une vision de la nature des communautés

S*

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x d’

imm

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tion

Tau

x d’

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ncti

onI E

f(distance source, taille île)

Expérience de défaunation de Simberloff & Wilson 1969

Iles à mangrove de Floride : forte richesse en arthropodes

Richesse forte sur les larges îles ou proches de la côte

Richesse faible sur les petites îles ou loin de la côte

Conforme aux prédictions de la théorie de l’insularité

Daniel S. Simberloff, Edward O. Wilson (1969) Experimental Zoogeography of Islands: The Colonization of Empty Islands. Ecology 50.

Défaunation des îles par méthyl bromide

La richesse initiale des îles récupérée après défaunation

Réduction artificielle de la taille des îles (Simberfoff, 1976) :

La richesse initiale des îles réduite diminue

Comparaison de la richesse spécifique des îles au large de la Californie (Diamond, 1971)

Les îles sont à l’équilibre pour leur richesse mais pas pour leur composition spécifique

Comparaison de 2 inventaires d’oiseaux en 1917 et 1968

La richesse spécifique de chaque île est comparable entre 1917 et 1968

La composition spécifique est différente entre 1917 et 1968 (30% d’espèces qui n’étaient pas communes aux deux inventaires)

Biodiversité marine et terrestre plus élevée en 1 : décroît jusqu’à 6

Impact de la théorie de l’insularitéApplicable à tous les types d’habitats fragmentés et plus ou moins

isolés

Un modèle pour concevoir des stratégies de conservation et de réserves

Conservation au niveau des populations et des espèces

Définir la rareté

Espèces dont les effectifs sont faibles ou dont la distribution géographique est restreinte du fait d’une surface occupée très faible ou en raison d’un

habitat très spécifique (Rabinowitz, 1981)

Le statut actuel d’un organisme existant qui, par une combinaison de facteurs biologiques et physiques, est réduit soit en effectifs, soit en distribution, à un niveau manifestement plus faible que la majorité d’autres organismes d’entité taxinomiques comparables

(Reveal cité par Gaston, 1997)

Acis fabrei : la nivéole de fabre

Échelles emboîtées

Les 7 cas de raretéPas de large amplitude

d’habitat dans une aire de distribution restreinte

Effet temporel dans la rareté

Debussche & Thompson, 1999

La fragmentation du paysage et ses conséquences

Population : conséquence sur structure et diversitégénétique

Carrières de bauxite et zones résidentielles en Jamaïque un habitat fragmenté pour Todus todus

Problèmes des petites populations

Temps

Effe

ctif

s N Stochasticité liée aux

perturbations

Temps

Effe

ctif

s Nt

Conséquences génétique : dérive, consanguinité

Problèmes des petites populations

Dérive et perte de variabilitégénétique

Goulot d’étranglement : le crécerelle de Maurice

Destruction de la forêt native

1940-1960 : utilisation massive du DDT

1974 : 4 ind. et un seul couple nicheur

Une population qui a expérimenté une population < 50 ind. pendant plus de 6

générations

Un programme de conservation intensif : en 1993 400 à 500 oiseaux

Falco punctatus

Goulot d’étranglement : le crécerelle de Maurice

Analyse par marqueurs microsat. sur peaux de museums et ind. actuels

Le crécerelle de Maurice a 72% de

diversité allélique et 85% d’hétérozygotie en

moins que d’autres espèces de crécerelles

Mêmes tendances pour le crécerelle des

Seychelles

La consanguinité

Conséquence : dépression de consanguinité

Influence de la taille des populations sur le taux de germination des graines de Ipomopsis agregata

Accroissement naturel des populations

dN / dt = λN avec λ taux d’accroissement naturel

λ < 1 : la population décroît

λ = 1 : la population est stable

λ > 1 : la population croît

Fragmentation : populations sources deviennent des puits

λ > 1 : population source

λ < 1 : population puit

λ < 1

λ < 1

λ > 1

λ < 1

Fragmentation : diminution des flux entre sous-populations

t

Les populations puits ne sont plus alimentées par des migrants : dérive, consanguinité

L’effet vortex d’extinction (Gilpin & Soulé, 1986)

Les facteurs qui affectent les petites populations tendent àdiminuer progressivement sa taille : cycle qui conduit à l’extinction

Conservation au niveau des communautés

Conservation au niveau des communautés

Pour bcp de conservationistes, les communautés et les écosystèmes devraient être la cible des efforts de conservation

Conservation de communautés : autorise la conservation de nbses sp. dans une unité intégrée (interactions)

Protéger des habitats qui contiennent des communautés biologiques intactes

Sans doutes le seul moyen de conserver correctement des espèces

4 grandes stratégies pour préserver des communautés

1 – Établissement de zones protégées

2 – Gestion de zones protégées

3 – Définition de mesures de conservation hors zones protégées

4 – Restauration de communautés biologiques dans des habitats dégradés

Zones protégées

Quel degré de perturbation humaine tolérer? : classification UICN (1994)

Plusieurs stratégies d'acquisition : action gouvernementale, acquisition privée…

I. Réserve naturelle ou zone sauvage stricte : protège les espèces et les processus biologiques le plus intacts possibles (sans perturbation

humaine)

II. Parcs nationaux : large zones protégées avec de multiples écosystèmes à usages de divertissement, d'éducation et scientifiques

III. Monuments nationaux : petites réserves conçues pour conserver une particularité biologique ou géologique unique

Zones protégées

IV. Sanctuaires ou réserves naturelles aménagées : similaires aux réserves strictes mais intervention humaine (feux contrôlés, destruction

d'espèces exotiques…)

V. Paysages protégés : autorisent une utilisation traditionnelle de l'envt

par les résidents (particulièrement lorsqu'ils sont responsables de caractéristiques écologiques, esthétiques ou culturelles)

VI. Zone d'aménagement des ressources protégés : autorisent une exploitation des ressources naturelles durables

I – VI : un gradient d'utilisation humaine de l'habitat

Efficacité des zones protégées

Seuls qqs % (max 10%) de la biosphère sera protégée : quelle efficacité de protection pour les espèces?

Souvent dans un paysage qqs zones d'habitat rare ou diversifié dans une large zone d'habitat uniforme

Souvent dans un paysage des concentrations d'espèces localisées

Des zones protégées bien sélectionnées peuvent contenir bcp (voir toutes) les espèces d'un pays !

En 2000, l'Indonésie prévoit de protéger des populations de ttes les sp. d'oiseaux et de primates natifs : effectif si on passe de 3.5 à

10% de zones protégées

% territoire national protégé

Nb. sp. oiseaux % sp. oiseaux dans zones protégées

Cameroun 3.6 848 76Côte d'Ivoire 6.2 683 83Congo Démocratique 3.9 1086 89Ghana 5.1 721 77Kenya 5.4 1064 85Malawi 11.3 624 78Nigeria 1.1 831 86Somalie 0.5 639 47Tanzanie 12 1016 82Ouganda 6.7 989 89Zambie 8.6 728 88Zimbabwe 7.1 635 92

Dans la plupart des grands pays tropicaux africain, la majorité des sp. d'oiseaux natives ont des populations en zones protégées

Établir des priorités de conservation

Qu'est ce qui nécessite une protection? Où et comment cela doit il être protégé?

Trois critères pour définir les priorités de conservation

Distinction : diriger les priorités sur des communautés riches en sp. rares, endémiques ou originales du point de vue taxonomique

Degré de fragilité : ex. communautés biologiques rares en danger imminent de destruction ou contenant des espèces très menacées

Utilité : ex. des sp. ayant une valeur potentielle ou présente pour les humains ont une priorité plus importante

Le dragon de Komodo : une priorité de conservation selon les 3 critères

Population actuelle : 5000 ind. dont 350 femelles Varanus komodoensis

Distinction : le plus grand lézard actuel

Degré de fragilité : qqs îles, petites populations et pays en explosion démographique

Utilité : énorme valeur touristique (écotourisme)

Établir des priorités de conservationCentres de biodiversité ou hot spots

Hots spots de conservation : Identifier des zones clés dans le monde se caractérisant par une grande diversité biologique, un fort degré

d’endémisme et qui sont menacées d’extinction d’espèces ou de destruction d’habitats immédiats

Mittermeier et al. (1999), Myers et al. (2000) : 25 hot spots globaux

Somme des hotspots (1,4 % de la surface terrestre totale) : 44% des sp. de plantes mondiales, 28% des sp. d’oiseaux, 30 % des

mammifères, 38 % des reptiles et 54 % des amphibiens

MYERS N., MITTERMEIER R.A., MITTERMEIER C.G., DA FONSECA A.B. & KENT J. 2000. - Biodiversity hotspots for conservation priorities. Nature 403 : 853-858.

Les 25 « Hot spots » de la biodiversité (Myers et al., 2000)

c, Endemic species richness

a, Total species richness

b, Threatened species richness

Hotspots of species richness

Hotspots of threatened species

Hotspots of endemic species

Établir des priorités de conservationApproche megadiversité (Mittermeier et al., 1997)

Mégadiversité: Identifier des pays qui concentrent la biodiversité et sur lesquels concentrer les efforts de conservation

17 pays majeurs : 60 – 70% de la diversitébiologique

Rang 1 Brésil : 53 000 sp plantes, 524 sp mammifères, 1600 oiseaux, …

Comment définir des zones protégées ?

La taille et la localisation des zones protégées : souvent déterminées par (1) la distribution humaine, (2) valeurs potentielle de la zone, (3)

facteurs historiques

MAIS il existe une littérature écologique abondante qui fournit des directions en vue de constituer des zones de conservation efficaces !

« Les terres que personne ne veut » : zones inhabitées, pauvres en ressources et infertiles

Beaucoup s’inspirent de la théorie de la biogéographie insulaire de Mc Arthur & Wilson et de l’écologie du paysage

Comment définir des zones protégées ?

Quelle est la taille minimale que doit avoir une zone protégée pour protéger une espèce?

Combien d’individus d’une espèce en danger doivent être présent dans une réserve pour garantir la pérennité de la population?

Quelle est la meilleure forme d’une réserve?

Faut il créer une seule grande réserve ou plusieurs petites?

Quand plusieurs réserves sont crées comment doit on les disposer dans l’espace et doit on les connecter par des corridors ?

Principes de définition des zones protégées

Quelques principes de définition de zones protégées

Minimiser les effets de bordures

Bordure : une transition dans la diversité et la complexité structurale des communautés

Bordure, écotone, frontière écologique : forts effets sur la dynamique des espèces et des communautés

Bordure : souvent un microenvt différent du centre de l’habitat (lumière,

humidité, T°C, vent)

Bordure : zone de perturbation plus importante

Bordure : zone de pénétration d’espèces exogènes à la communauté

Forêt : effet bordure détectable sur plus de 250 m.

Effets de bordures

Changement microclimatiques : lumière, humidité, T°C, vent

Des espèces animales et végétales exotiques à la communauté peuvent s’établir : chiens, chats, renards, rats suivent les routes, les

sentiers…

Des zones de traitements chimiques et de fertilisants : modification des propriétés physico-chimiques de l’envt

Des zones de perturbations et de pénétration anthropiques : bruits, feux….

Augmentation de la lumière et de la T°C : baisse de l’humidité du sol (empêche les sp. tolérantes à l’ombre de germer)

La végétation existante subit un stress : transformation vers une communauté différente

Surface circulaire : le rapport surface bordure est minimum

Minimiser les effets de bordures

La gestion des bordures peut en augmenter ou en diminuer l’impact

Estimation de l’effet bordure, de la taille des patchs et de la fragmentation sur 22 espèces forestières

américainesEspèce forestière: mortalité due à la prédation des œufs et des

jeunes et au parasitisme (Molothrus ater)

Hylocichla mustelina

Molothrus ater : un oiseau des habitats ouverts (ex. zones agricoles) qui pénètre faiblement dans les bois

Seiurus aurocapilla

Fragmentation des zones forestières : augmentation des bordures

Les prédateurs et les parasites (Molothrus ater)

Des zones forestières échantillonnées : des nids sont suivis

Taille de la ponte, nombre de jeunes à l’envol, prédation ou parasitisme

du nid

Calcul du taux d’accroissement des populations

Calcul du grain du paysage (hétérogénéité, taille des patchs forestiers…)

Le taux de prédation est affectépar l’effet bordure et par la

fragmentation du paysage

Effet additif prédation + parasitisme en fonction de la fragmentation : déclin des populations (20/22 espèces

testées)

Beaucoup de populations en déclin dont l’issue sera

l’extinction

Quelle taille optimale ?

« Débat SLOSS » : single large or several small

Petites réserves : peuvent être positionnées de manière à maximiser la diversité des habitats

La diversité est elle maximisée avec une large réserve (ex. 10 000 ha) ou avec plusieurs petites de taille équivalente (ex. 4 de 2 500 ha) ?

Grandes réserves : les seules qui peuvent contenir des pops. viables de grands carnivores ou de grandes populations

Grandes réserves : souvent des blocks immenses de mêmes habitats

Petites réserves : diminue le risque qu’un événement catastrophique anéantisse une population

La taille optimale est un consensus entre le type d’espèces àconserver, la disponibilité de l’espace …

Quelle taille optimale ?

1 500 ha semble être une taille minimale pour un habitat durableautonome

30 ha taille minimum pour certaines espèces de mammifères ou d'insectes

200 ha de forêt : taille minimale pour qu'un écosystème forestier soit résilient (contre perturbations diverses)

Effets de la fragmentation sur la forêt amazonienne

Biological Dynamics of Forest Fragments Projects (BDFFP)

Examiner les conséquences de la fragmentation de la forêt : causes culture et pâturages

Projet qui a débuté en 1979 et qui continue…

Grande variété d'espèces analysées : arbres, mammifères, oiseaux, grenouilles insectes…

Des zones de défrichages planifiés au nord de Manaus

Biological Dynamics of Forest Fragments Projects (BDFFP)

Des fragments de 1 ha, 10 ha et 100 ha préservés dans des zones défrichées et de la forêt intacte comme contrôle

Tester le débat SLOSS et les effets de bordure

Impacts de la fragmentation

Mammifères, oiseaux insectes : très sensibles à la fragmentation

Les effets de bordures sont variables selon les groupes

Bcp d'espèces ont disparues même dans les larges fragments

Qqs groupes profitent de la fragmentation : petits mammifères, grenouilles (groupes à petits territoires vitaux)

Très forts sur plantes, oiseaux de sous bois, chauves souris, bcp d'insectes

La matrice de la fragmentation est importante (qu'est ce qu'une matrice en écologie du paysage ??)

Effet de la taille des fragments et de la distance à la bordure chez les espèces d'arbres

S. mendiculus

1200 ad.M. des Galapagos

S. humboldti

12000 ad.M. de humboldt

S. magellanicus

2600000 ad.M. de magellan

S. demersus

180000 ad.M. du Cap

Les manchots du genre Spheniscus

Déclin de toutes les populations de toutes les espèces : surpêche (anchoix, sardines)

Stratégie de conservation du manchot du Cap (Spheniscus demersus)

Entre 2001 et 2009 : déclin de 60% des effectifs des colonies

Causes : déplacement des populations de sardines et anchoix, surpêche

Étude de 2 colonies en Afrique du sud : baie d’Algoa (Port Elizabeth)

Île de St Croix : la plus grande colonie (50 000 ind.)

Bird island : petite colonie témoins

91 oiseaux équipés de sondes GPS

Quantifier l’effort de prospection

Sonde : localisation géographique ttes les minutes, pression hydrostatique ttes les secondes (profondeur de prospection)

Effort de prospection de nourriture : distance parcourue jusqu’au site, nombre, profondeur et durée de plongées

Etude en 2008 et 2009 : en 2009 l’île de St Croix est protégée de la pêche

sur un rayon de 20 km

Quantifier l’effort de prospection

St croix 2008 : > 75% des plongées au-delà de 20 km de la colonie (jusqu’à 150 km en 2 jours)

Le temps de prospection diminue de 30%

St croix 2009 (3 mois après la mise en protection) : > 70% des plongées dans la zone des 20 km de la colonie

L’énergie de prospection diminue de 40%

Colonie témoin de Bird Island : même temps et énergie de prospection en 2008 et 2009 comparable à St Croix 2008

Importance cruciale de la localisation des zones marines de protection