Bio Cons Chap 1 2020 - cours magistral PDF

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M1 BEE Estimation et conservation de la biodiversité Objectifs: – Appréhender les concepts d'écologie et de biologie évolutive sur lesquels s'appuie la biologie de la conservation – Se familiariser avec les approches méthodologiques utilisées pour l'estimation de la biodiversité, tant aux échelles locales que globales, et pour la conservation des espèces menacées. – Analyser et replacer dans leur contexte les résultats d'une publication en biologie de la conservation. – Mettre en œuvre sur le terrain les techniques de dénombrement de la faune avicole.

M1 BEE Estimation et conservation de la biodiversité 1. Biologie de la conservation – Xavier Vekemans 2. Méthodologie d'inventaire de la faune – Yves Piquot 3. Nouvelles stratégies de conservation dans l’Anthropocène – Nina Hautekèete

Xavier Vekemans Bureau SN2 Porte 203 [email protected]

M1 BEE Estimation et conservation de la biodiversité • Contenu des TD/TP: 1. Travail bibliographique: analyse et présentation d’une publication de biologie de la conservation (E. Durand)

2. Une excursion sur le terrain (Y. Piquot) 3. Deux séances de TP (analyse données) (E. Durand)

• Note: /100 –Sujet théorie: /50 –Travail biblio: /30 –Rapport excursion: /20 Support pédagogique mis à disposition sur moodle à UFR Biologie / Master / Master BEE / M1 BEE/ M1 ConsBiodiv

M1 BEE Estimation et conservation de la biodiversité Plan de la section "Biologie de la Conservation": 1. Introduction 2. Organisation et évaluation de la biodiversité intraspécifique 3. Causes génétiques et démographiques de l'extinction 4. Méthodes de conservation

1. Introduction 1.1. Notion de biodiversité 1.2. Intérêt de la conservation 1.3. La biologie de la conservation 1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation 1.5. Notion de biodiversité intraspécifique

1.1. Notion de biodiversité •2 définitions de la biodiversité: –Biodiversité en tant que concept –Biodiversité en tant qu’entité mesurable

1.1. Notion de biodiversité • Biodiversité en tant que concept: – º "variété et variabilité parmi les organismes vivants + complexes écologiques qu’ils forment" → ¹ niveaux : communautés, espèces, populations, individus, gènes → notion dynamique et fonctionnelle: inclut interactions écologiques - º "tissu vivant planétaire": accent sur les interactions et sur l’organisation fonctionnelle plutôt que sur complexité, et sur la perspective durable (Robert Barbault – FRB Fondation pour la Recherche sur la Biodiversité)

1.1. Notion de biodiversité • Biodiversité en tant qu’entité mesurable : – º quantité (nombre d’espèces,...) – ¹ facettes de biodiversité quantifiées: biodiversité spécifique (α), diversité en écosystèmes (β) – dénombrements simples ó pondérés par divergence entre entités

Variation latitudinale de la biodiversité exprimée en nombre d'espèces arbustives rencontrées (tiré de Cox & Moore, 2000)

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité • Biodiversité à menacée par l'intervention humaine • Ressources naturelles à valeur économique (alimentation; médicaments; fibres; fuel;…) • Bon fonctionnement des écosystèmes à indispensable à notre survie (services écosystémiques: production O2; contrôle du climat par les forêts; recyclage des bioéléments; pollinisation plantes cultivées…) • Biodiversité à valeur esthétique utile à l'homme • Autres organismes vivants à le droit à la vie (justification éthique)

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité https://ipbes.net/global-assessment

Contribution durable de la biodiversité à une bonne qualité de vie

Tiré de "IPBES Global Assessment on Biodiversity and Ecosystem Services – Summary" IPBES = Intergov. Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Service

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité https://ipbes.net/global-assessment

Contribution durable de la biodiversité à une bonne qualité de vie

Tiré de "IPBES Global Assessment on Biodiversity and Ecosystem Services – Summary" IPBES = Intergov. Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Service

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité • La biodiversité est menacée par l'intervention humaine Nombre d'espèces dont l'extinction a été enregistrée depuis 1500:

(tiré de Frankham et al., 2002)

Fréquence d'extinction plus élevée à espèces insulaires

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité • La biodiversité est menacée par l'intervention humaine Evolution des taux d'extinction d'espèces pour 5 groupes de vertébrés

Taux basal: 0.1-2 extinctions par 106 espèces par an

Tiré de "IPBES Global Assessment on Biodiversity and Ecosystem Services – Chap. 2.2" https://ipbes.net/global-assessment

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité • La biodiversité est menacée par l'intervention humaine –Estimation de la proportion d'espèces menacées • Liste rouge des espèces menacées (IUCN:www.iucnredlist.org) • UICN: Union internationale pour la conservation de la nature et de ses ressources (=Union mondiale pour la nature) • Etablissement de critères standardisés pour définir une espèce menacée (UICN, 2007) • 3 catégories d'espèces menacées: – En danger critique d'extinction (CR): 1 chance sur 2 d'extinction dans 10 ans (ou 3 générations) – En danger (EN): 1 chance sur 5 d'extinction dans 20 ans (5 gén.) – Vulnérable (VU): 1 chance sur 10 d'extinction dans 100 ans

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité

(tiré de Frankham et al., 2002)

• Critères standardisés pour définir une espèce menacée (UICN, 2007)

• Critères standardisés pour définir une espèce menacée (UICN, 2007): –Distinction entre zone d'occurrence (contour) et zone d'occupation (nombre de quadrats)

(Liste rouge UICN., 2001)

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité

(tiré de Frankham et al., 2002)

• Critères standardisés pour définir une espèce menacée (UICN, 2001)

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité • Estimation de la proportion d'espèces menacées (UICN): – 10% espèces pour Poissons osseux à 62% Cycadales (Gymnospermes) – 1 million espèces animales + plantes menacées (sur un total de 8 millions d’espèces dont 75% d’insectes)

Tiré de "IPBES Global Assessment on Biodiversity and Ecosystem Services – Summary"

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité La biodiversité est menacée par l'intervention humaine • Causes de la hausse des taux d'extinctions: – Destruction d'habitat Þ extinction directe d’espèces – Cueillettes/exterminations directes d’espèces particulières

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité Destruction d'habitat 6 biomes avec > 50% conversion en 1990

Tiré de "Millenium Ecosystem Assessment" http://www.millenniumassessment.org

5-10% conversion 1950-1990

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité La biodiversité est menacée par l'intervention humaine • Causes de la hausse des taux d'extinctions: – Destruction d'habitat Þ extinction directe d’espèces – Cueillettes/exterminations directes d’espèces particulières – Changement global: • Changements climatiques (réchauffement; hausse du niveau des mers; hausse C02 è ä productivité photosynthèse ligneux è ä couverture forestière) Þ extinction indirecte d’espèces «fragiles» • Fragmentation de l’habitat Þ extinction indirecte d’espèces «fragiles»

• Effet direct de l'explosion démographique humaine sur les surfaces de forêt et sur la fragmentation de l'habitat forestier aux Etats-Unis (A) et dans la commune de Cadiz (B, Wisconsin)

1831

1882 1850

1902

1920 1950

Tiré de Brown & Lomolino, 1998

Fragmentation de l’habitat

1620

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité • Effet de la fragmentation de l’habitat

fragmentation

poches d'habitat ("patches")

(d’après Meffe & Carroll, 1994)

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité La biodiversité est menacée par l'intervention humaine • Causes de la hausse des taux d'extinctions: – Destruction d'habitat Þ extinction directe d’espèces – Cueillettes/exterminations directes d’espèces particulières – Changement global: • Changements climatiques (réchauffement; hausse du niveau des mers; hausse C02 è ä productivité photosynthèse ligneux è ä couverture forestière) Þ extinction indirecte d’espèces «fragiles» • Fragmentation de l’habitat Þ extinction indirecte d’espèces «fragiles» • Introduction d'espèces invasives Þ extinction indirecte par compétition

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité • Introduction d'espèces invasives Croissance du nombre d'introduction d'espèces marines en Europe et Amérique du Nord è Homogénéisation de la composition des espèces à l'échelle mondiale (ä espèces généralistes)

Tiré de "Millenium Ecosystem Assessment" http://www.millenniumassessment.org

1.2. Intérêt de la conservation de la biodiversité La biodiversité est menacée par l'intervention humaine • Causes de la hausse des taux d'extinctions: variation de l'importance relative des causes selon les biomes

Tiré de "IPBES Global Assessment on Biodiversity and Ecosystem Services – Chap. 2.2"

1.3. La biologie de la conservation • Biologie de la conservation = réponse de communauté scientifique à «biodiversity crisis» • Nouvelle discipline synthétique à principes de l’écologie, biogéographie, génétique des populations, économie, sociologie, philosophie, ..., pour maintenir la biodiversité.

–théoriciens + praticiens –intégration des sciences sociales, économiques et politique

1.3. La biologie de la conservation • Nouvelle discipline scientifique: – activités de conservation de la nature – conservation des ressources génétiques d'espèces domestiquées (collections de germoplasme) • intègre concepts théoriques ß écologie et génétique des populations (dynamique des populations; effets génétiques de la consanguinité; modélisation changements globaux…)

• intègre technologies moléculaires (génétique de conservation) • intègre notions de viabilité économique • dispose de revues scientifiques spécifiques: Conservation Biology, Biological Conservation, Conservation Genetics, Evolutionary Applications, Global Change Biology

1.3. La biologie de la conservation

(tiré de Primack, 2000)

• Interface entre biologistes de la conservation et acteurs de terrain de la gestion des ressources biologiques

1.3. La biologie de la conservation Les objectifs de la biologie de la conservation: 1. Etudier et décrire à diversité du monde vivant

1.3. La biologie de la conservation Les objectifs de la biologie de la conservation: 1. Etudier et décrire à diversité du monde vivant 2. Comprendre les conséquences de l'activité humaine sur le fonctionnement des espèces, communautés et écosystèmes 3. Développer approches interdisciplinaires appliquées à protection + restauration de diversité biologique

1.3. La biologie de la conservation Développement d’approches interdisciplinaires appliquées: – Objectifs diffèrent en fonction du niveau hiérarchique de biodiversité visé par la conservation: • Conservation d'écosystèmes menacés

• Conservation d’espèces animales et végétales menacées • Conservation des ressources génétiques chez des organismes domestiqués

1.3. La biologie de la conservation Développement d’approches interdisciplinaires appliquées:

– Conservation d'écosystèmes menacés: • Objectif: Maintenir continuité des communautés autorégulées complexesà maintenir leur rôle dans fonctionnement des écosystèmes (perspective durable) • Méthodes de conservation: essentiellement in situ (établissement de réserves, bio-corridors)

1.3. La biologie de la conservation Conservation d'écosystèmes menacés: Les réserves naturelles actuelles ne correspondent pas quantitativement aux écosystèmes les plus menacés Conservation Risk Index (CRI): Rapport (% aire convertie)/ (% aire protégée)

Tiré de Hoekstra et al. 2005 Ecology Letters 8

1.3. La biologie de la conservation Conservation d'écosystèmes menacés: Ecorégions à risque

CRI>25 CRI>10 CRI>2

Tiré de Hoekstra et al. 2005 Ecology Letters 8

1.3. La biologie de la conservation Développement d’approches interdisciplinaires appliquées:

– Conservation d’espèces animales et végétales menacées: • Objectif: Assurer survie d’une espèce en danger et/ou son adaptabilité à long terme ß processus d’évolution • Méthodes de conservation: surtout in situ + monitoring régulier; également ex situ ("backup"); migrations forcées

1.3. La biologie de la conservation Développement d’approches interdisciplinaires appliquées:

– Conservation des ressources génétiques chez des organismes domestiqués : • Objectif: Préservation de ces ressources à utilisation immédiate ou potentielle par l’homme (plantes et animaux domestiqués + espèces sauvages apparentées)

• Méthodes de conservation: surtout ex situ (banques de germplasme); également in situ (conservation à la ferme) • Biodiversité essentiellement “figée” jusqu'il y a peu, mais nouvel objectif de conserver une biodiversité dynamique (résistance aux pathogènes)

M1 BEE Estimation et conservation de la biodiversité Plan de la section "Biologie de la Conservation": 1. Introduction 2. Organisation et évaluation de la biodiversité intraspécifique 3. Causes génétiques et démographiques de l'extinction 4. Méthodes de conservation

1. Introduction 1.1. Notion de biodiversité 1.2. Intérêt de la conservation 1.3. La biologie de la conservation 1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation 1.5. Notion de biodiversité intraspécifique

1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation • Espèce º unité de quantification de biodiversité à mais aussi une entité importante à identifier pour mise en place de programmes de conservation

• Définition de l'espèce –Concept biologique de l'espèce : BSC Mayr (1942): Une espèce est un groupe de populations

échangeant activement du matériel génétique ou potentiellement interfertiles, qui est isolé reproductivement d’autres groupes similaires. • Barrières reproductives intrinsèques p/r extrinsèques • Limitations du BSC: organismes à reproduction asexuée, populations fossiles, semi-espèces (partiellement isolées avec zone d’hybridation), populations isolées géographiquement

1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation –Conservation d’espèces animales et végétales menacées: • Objectif: Assurer survie d’une espèce en danger et/ou son adaptabilité à long terme

• Décisions inappropriées de conservation si statut taxonomique du groupe considéré à incorrect • Cas 1: 2 populations (pop_1; pop_2) appartenant à 2 espèces proches (sp._A; sp._B) mais statut d'espèces distinctes non reconnu: – si une des deux espèces est en danger critique d'extinction à statut non reconnu car considérée comme population d'une espèce courante – hybridation forcée entre espèces è hybrides stériles

1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation –Conservation d’espèces animales et végétales menacées: • Objectif: Assurer survie d’une espèce en danger et/ou son adaptabilité à long terme

• Décisions inappropriées de conservation à prises si statut taxonomique du groupe considéré à incorrect • Cas 2: Erreur d’assignation de 2 populations conspécifiques à des espèces distinctes : – si 2 populations considérées comme 2 espèces distinctes, et une population menacée à l'autre population ne sera pas utilisée comme population source pour restauration – gaspillage de ressources si conservation d'une population identifiée comme espèce en danger, alors qu'elle appartient à une espèce courante

1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation • Différences chromosomiques ð barrière reproductive intrinsèque – exemple: formes géographiques du Wallabie des rochers en Australie, menacées d'extinction: $ différences chromosomiques ðespèces distinctes (tiré de Frankham et al., 2002)

1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation Exemple de confusion taxonomique: statut d'espèce ignoré chez les Tuataras de Nouvelle Zélande (genre Sphenodon) Distribution des populations et phylogénie

Données morphologiques et/ou biologiques insuffisantes, mais données moléculaires disponibles

divergence moléculaire ä ð signature d'espèces distinctes

(tiré de Frankham et al., 2002)

1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation • Controverses sur le statut du loup rouge ("red wolf"): – organisme en danger critique d'extinction dans le sud des Etats-Unis

– considéré soit comme espèce à part entière, soit comme 1 population hybride entre le loup gris et le coyote – fait l'objet de mesures intensives de conservation (coûteuses): croisements en captivité (contrôle consanguinité) et réintroduction dans son milieu naturel

1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation • Controverses sur le statut du loup rouge ("red wolf"): Dimension 1

– 1ère étude à ADN microsatellites: → Loup rouge serait une population hybride, au même titre que populations de loup gris de Minnesota et S. Quebec dont introgression de gènes du coyote a été documentée – 2ème étude: le loup rouge serait fortement apparenté avec forme Prob. d'assignation à coyote "naine" de loup à loup d'Algonquin (Est du Canada)

è "unité de conservation" distincte (tiré de Frankham et al., 2002)

1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation • Pourquoi danger de croiser des populations trop différentes? – croisements impossibles: $ barrières de stérilité (espèces ou sous-espèces différentes) –"outbreeding depression" = dépression hybride: observation à réduction de valeur sélective lors croisements entre populations éloignées géographiquement • rare chez mammifères, oiseaux • fréquent chez plantes, souvent associé à différenciation écologique • cause: adaptation à des conditions écologiques contrastées (processus sélectif), ou apparition d'incompatibilités génétiques (processus neutre; causé par interactions épistatiques entre paires d’allèles appartenant à des locus différents)

1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation "outbreeding depression" - dépression hybride Exemple: expérimentation sur Lotus scoparius (Fabaceae=légumineuse) Effet de la distance génétique entre parents de croisement sur la valeur sélective des descendants (viabilité + fécondité)

Effet de la distance environnementale entre populations d'origine et valeur sélective des descendants

Tiré de Montalvo & Ellstrand, 2001, Am. J. Bot.

1. Introduction 1.1. Notion de biodiversité 1.2. Intérêt de la conservation 1.3. La biologie de la conservation 1.4. L'importance de l’espèce en biologie de la conservation 1.5. Notion de biodiversité intraspécifique

1.5. Notion de biodiversité intraspécifique • L'espèce est une entité hétérogène et dynamique! $ variation au sein d'une espèce, et il existe de espèces en formation, en déclin (≠ notion d'espèce selon Linné)

1.5. Notion de biodiversité intraspécifique • $ diversité morpho-écologique sous-tendue par variation génétique à l'intérieur des espèces è biodiversité intraspécifique – variation spatiale (intra/inter populations)

1.5. Notion de biodiversité intraspécifique Variation spatiale ( d’après Futuyma, 1986)

A. 2 sous-espèces + zone d’hybridation B. 2 caractères exclusifs à...