Cours L3 Option Biodiversité végétale 2010 4

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
Pourquoi les îles ont-elles moins d’espèces
que les continents de même surface ?
La richesse spécifique d’une île est dynamique et dépend de deux
processus
Impact de la théorie de l’insularité
Une théorie d’assemblage des espèces basées sur les capacités de
colonisation
E
I
Taux d’extinction
Taux d’immigration
f(distance source, taille île)
S*
Une vision de la nature des communautés
Expérience de défaunation de Simberloff & Wilson 1969
Daniel S. Simberloff, Edward O. Wilson (1969) Experimental Zoogeography
of Islands: The Colonization of Empty Islands. Ecology 50.
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
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)
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)
Les îles sont à l’équilibre pour leur richesse mais pas pour leur
composition spécifique
Biodiversité marine et terrestre plus élevée en 1 : décroît jusqu’à 6
Impact de la théorie de l’insularité
Applicable 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
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)
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)
Acis fabrei : la nivéole de fabre
Échelles emboîtées
Pas de large amplitude
d’habitat dans une aire de
distribution restreinte
Les 7 cas de rareté
Effet temporel dans la rareté
Debussche & Thompson, 1999
La fragmentation du paysage et ses conséquences
Population : conséquence sur structure et diversité
génétique
Carrières de bauxite et zones résidentielles en Jamaïque un habitat
fragmenté pour Todus todus
Problèmes des petites populations
Stochasticité liée aux
perturbations
Effectifs N
Effectifs N
Conséquences génétique : dérive, consanguinité
t
Temps
Temps
Problèmes des petites populations
Dérive et perte de variabilité
génétique
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
Fragmentation : diminution des flux entre sous-populations
λ < 1
λ > 1 : population
source
λ < 1
λ > 1
λ < 1
λ < 1 : population
puit
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 à
diminuer 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
Plusieurs stratégies d'acquisition : action gouvernementale, acquisition
privée…
Quel degré de perturbation humaine tolérer? : classification UICN
(1994)
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 des concentrations d'espèces localisées
Souvent dans un paysage qqs zones d'habitat rare ou diversifié dans
une large zone d'habitat uniforme
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
Dans la plupart des grands pays tropicaux africain, la majorité des
sp. d'oiseaux natives ont des populations en zones protégées
% territoire
national protégé
Nb. sp. oiseaux
% sp. oiseaux dans
zones protégées
Cameroun
3.6
848
76
Côte d'Ivoire
6.2
683
83
Congo Démocratique
3.9
1086
89
Ghana
5.1
721
77
Kenya
5.4
1064
85
Malawi
11.3
624
78
Nigeria
1.1
831
86
Somalie
0.5
639
47
Tanzanie
12
1016
82
Ouganda
6.7
989
89
Zambie
8.6
728
88
Zimbabwe
7.1
635
92
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
Varanus komodoensis
Population actuelle : 5000 ind. dont 350 femelles
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 conservation
Centres 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)
a, Total species richness
b, Threatened species richness
c, Endemic species richness
Hotspots of species richness
Hotspots of threatened species
Hotspots of endemic species
Établir des priorités de conservation
Approche 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 diversité
biologique
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
« Les terres que personne ne veut » : zones inhabitées, pauvres en
ressources et infertiles
MAIS il existe une littérature écologique abondante qui fournit des
directions en vue de constituer des zones de conservation efficaces !
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?
Faut il créer une seule grande réserve ou plusieurs petites?
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?
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, écotone, frontière écologique : forts effets sur la dynamique
des espèces et des communautés
Bordure : une transition dans la diversité et la complexité structurale
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
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
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….
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
américaines
Espèce forestière: mortalité due à la prédation des œufs et des
jeunes et au parasitisme (Molothrus ater)
Hylocichla mustelina
Seiurus aurocapilla
Molothrus ater : un oiseau des habitats
ouverts (ex. zones agricoles) qui
pénètre faiblement dans les bois
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 affecté
par 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 ?
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) ?
« Débat SLOSS » : single large or several small
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 : peuvent être positionnées de manière à maximiser
la diversité des habitats
Petites réserves : diminue le risque qu’un événement catastrophique
anéantisse une population
La taille optimale est un consensus entre le type d’espèces à
conserver, la disponibilité de l’espace …
Quelle taille optimale ?
1 500 ha semble être une taille minimale pour un habitat durable
autonome
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
Grande variété d'espèces analysées : arbres, mammifères, oiseaux,
grenouilles insectes…
Projet qui a débuté en 1979 et qui continue…
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
Bcp d'espèces ont disparues même dans les larges fragments
Qqs groupes profitent de la fragmentation : petits mammifères,
grenouilles (groupes à petits territoires vitaux)
Les effets de bordures sont variables selon les groupes
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
Les manchots du genre Spheniscus
S. demersus
S. magellanicus
S. humboldti
S. mendiculus
M. du Cap
M. de magellan
M. de humboldt
M. des Galapagos
180000 ad.
2600000 ad.
12000 ad.
1200 ad.
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)
St croix 2009 (3 mois après la mise en protection) : > 70% des
plongées dans la zone des 20 km de la colonie
Le temps de prospection diminue de 30%
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