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Page de résumé pour ULgetd-08242011-204408

Auteur : Hourlay, Frederic
E-mail de l'auteur : Frederic.Hourlay@student.ulg.ac.be
URN : ULgetd-08242011-204408
Langue : Français/French
Titre : Impact of past and present climate changes on dipper (Cinclus cinclus) genetic and demography - Impacts des changements climatiques passés et présents sur la génétique et la démographie du Cincle plongeur (Cinclus cinclus)
Intitulé du diplôme : Doctorat en sciences
Département : FS - Département des sciences et gestion de l'environnement
Jury :
Nom : Titre :
Cordy, Jean-Marie Membre du jury/Committee Member
D'Amico, Frank Membre du jury/Committee Member
Delahaye, Laurence Membre du jury/Committee Member
Hoffmann, Lucien Membre du jury/Committee Member
Nieberding, Caroline Membre du jury/Committee Member
Vanderpoorten, Alain Membre du jury/Committee Member
Vandewalle, Pierre Président du jury/Committee Chair
Libois, Rolan Promoteur/Director
Mots-clés :
  • climate changes/changements climatiques
  • Cinclus cinclus
  • taxonomy/taxonomie
  • phylogeography/phylogéographie
  • demography/démographie
Date de soutenance : 2011-09-15
Type d'accès : Restreint/Intranet
Résumé :

Climate change is emerging as the greatest threat to natural communities in many, if not most, of the world’s ecosystems in coming decades. Numerous studies have revealed present and probable future consequences that climate change will have on many animal and vegetal species. According to these studies, birds could be affected, mostly negatively, in various ways : distribution, abundance, phenology, ethology ...

The purpose of this work is to determine how the White-throated Dipper (Cinclus cinclus), a Palearctic, temperate, passerine bird that is exclusively associated with flowing water, reacted to the climate changes that occurred during the Pleistocene, and how climate change currently affects this species :

- For this purpose, we conducted a phylogeographic study : we analysed three fragments of mtDNA (i.e. fragments coding for cytochrome b, ND2 and domains II and III of the controle region) from 106 tissue samples originating from 24 dipper populations, mostly located in the Western Palearctic.

- The second part of this work consisted in analysing ringing recoveries and nest-boxes frequentation from a dippers population settled on the river Syre and its tributaries (Luxemburg) and followed from 1979 to 2001. Populations census were also conducted on different water courses in Luxemburg, in order to determine dipper habitat preferences.

1. Phylogeography of the dipper in the Western Palearctic region

In spite of a low genetic variability, the results of our phylogeographic study reveal a complex phylogeographic structure for this species with at least five distinct lineages for the Western Palearctic region. As for many species of the Western Palearctic fauna and flora, this genetic structure is probably linked to the isolation of populations in different southern refuges during glacial periods. Furthermore, the isolation of populations in Scandinavia and/or Eastern regions, but also in Morocco and probably in Corsica, was accentuated by ecological and biogeographic barriers during Quaternary interglacial periods. During glacial periods, Italy, Sicily and the Balkano-Carpathian region acted as major refuge zones for the dipper. At the end of the last ice age, Western Europe was repopulated by dippers from a refuge located in Italy and, probably, South-East France, while Eastern Europe was recolonised by Balkano-Carpathian birds. A large contact zone between these two lineages was evidenced and extends from Luxembourg to Hungary. Finally, our results indicate the need to clarify the taxonomic status of the dipper, especially concerning the European subspecies whose validity appears uncertain.

2. Dipper demography – Influence of climate change and other anthropic pertubations

Results obtained from the analysis of demographic and morphologic variables of the Luxemburger population are in agreement with results obtained from other European populations. Differences observed between these populations are mostly due to climate and habitat quality differences. However, other factors could also partly explain these differences. As for other places in Europe, nest boxes installation dramatically increased dippers population size on the river Syre. Our results also suggest that the installation of nest boxes could influence some demographic and morphologic variables, probably as a result of population increase. But, above all, our results show how temperatures and precipitations affect these variables, and particularly laying dates. Climatic changes that occurred during the last decades provoked earlier laying dates. Whereas clutch size and nest size remained unchanged, the Luxemburger population size decreased during the same period, as observed for other European populations. The main cause to this decrease should be an increase of environmental instability inducing notably a decrease of food ressources for dippers. As a result, we observed a significant decrease of females body weight during this period.

Climate change will also probably have a serious impact on dipper genetic diversity, leading to the disappearance of the most southern populations and eventually of certain genetic clades. The results obtained concerning the taxonomic status of the dipper and its demography could be useful in the framework of a conservation program, if necessary. In this perspective, the development of habitat suitability prediction tools, as the one we developed, could also be very helpful.

Le réchauffement climatique apparaît, dans les décennies à venir, comme la plus grande menace pesant sur les communautés d’espèces peuplant la plupart, si pas tous, les écosystèmes présents à travers le monde. De nombreuses études ont révélé les conséquences actuelles, ainsi que les probables conséquences futures du changement climatique sur de nombreuses espèces animales et végétales. Selon diverses études, les oiseaux pourraient être affectés de diverses façons, la plupart du temps de façon négative, par ce changement climatique : changements de distribution, d’abondance, phénologie, comportement …

L’objectif du présent travail est de déterminer comment le cincle plongeur (Cinclus cinclus), un passereau de la région paléarctique vivant uniquement sur les cours d’eau rapides et bien oxygénés, a réagi aux changements climatiques qui eurent lieu durant le pléistocène, et quelle est l’influence du changement climatique actuel sur cette espèce :

- Pour cela, nous avons réalisé une étude phylogéographique de cette espèce. Nous avons analysé trois fragments de l’ADN mitochondriales (i.e. les fragments codant pour le cytochrome b, la ND2 et les domaines II et III de la région contrôle) à partir de 106 échantillons de tissus provenant de 24 populations de cincles localisées essentiellement dans la région paléarctique occidentale.

- La seconde partie de ce travail consistait en l’analyse des données de baguage et de fréquentation des nichoirs d’une population de cincles établie sur la Syre et ses affluents (GD de Luxembourg) et suivie de 1979 à 2001. Des recensements de populations ont également été effectués su différents cours d’eau luxembourgeois, afin de déterminer les préférences de cette espèce en matière d’habitats.

1. Etude de la Phylogéographie du Cincle plongeur dans la région Paléarctique occidentale

En dépit d’une faible variabilité génétique, nos résultats révèlent une structure phylogéographique complexe pour cette espèce avec au moins cinq lignées distinctes pour la région paléarctique occidentale. Comme pour de nombreuses espèces appartenant à la faune et à la flore de la région paléarctique, cette structuration génétique est probablement liée à l’isolement de populations dans différents refuges méridionaux pendant les périodes glaciaires. De plus, l’isolement de populations en Scandinavie et/ou dans des régions situées plus à l’est, mais également au Maroc et probablement en Corse, fut accentué par l’existence de barrières écologiques et biogéographiques durant les périodes interglaciaires du Quaternaire. Durant les périodes glaciaires, l’Italie, la Sicile et la région balkano-carpatique constituèrent des zones refuges majeures pour le cincle. A la fin du dernier âge glaciaire, l’Europe occidentale fût recolonisée par des cincles provenant d’un refuge situé en Italie et probablement dans le sud-est de le France, alors que l’Europe orientale fut recolonisée par des oiseaux provenant de la région balkano-carpatique. Une importante zone de contact entre ces deux lignées, s’étendant du Grand-Duché de Luxembourg à la Hongrie, a été mise en évidence. Enfin, nos résultats soulignent la nécessité de clarifier le statut taxonomique du cincle plongeur, particulièrement en ce qui concerne les sous-espèces européennes dont la validité apparaît incertaine.

2. Démographie du Cincle plongeur – Influence des changements climatiques et des autres perturbations d’origine anthropique

Les résultats obtenus à partir de l’analyse des variables démographiques et morphologiques sont en accord avec les résultats obtenus pour d’autres populations européennes. Les différences observées entre ces populations sont essentiellement dues à des différences de climat et de qualité de l’habitat. Cependant, d’autres facteurs pourraient également expliquer en partie ces différences. Comme cela fût le cas dans d’autres régions en Europe, l’installation de nichoirs permit d’augmenter de façon importante la taille de la population de cincles établie sur la Syre. L’installation de ces nichoirs pourrait également avoir une certaine influence sur certaines variables démographiques et morphologiques, probablement en raison de l’augmentation de la taille de la population. Mais, avant tout, nos résultats pointent l’influence plus ou moins importante de la température et des précipitations sur ces variables, et particulièrement sur les dates de ponte. Les changements climatiques observés durant les dernières décennies ont ainsi entraîné des dates de ponte plus précoces. Alors qu’aucun changement significatif n’est observe dans les tailles des couvées et des nichées, un déclin de la population luxembourgeoise a toutefois été observé dans le courant des années nonantes, comme cela a également été observé pour d’autres populations européennes. La cause principale de ce déclin serait une augmentation de l’instabilité de l’environnement, entraînant notamment une réduction des ressources alimentaires pour cette espèce. La diminution significative du poids des femelles que nous avons observée durant cette période serait une des conséquences de cette instabilité.

Le changement climatique aura très certainement un impact important sur la diversité génétique du cincle plongeur, conduisant à la disparition des populations les plus méridionales et, probablement, de certaines lignées. Les résultats obtenus pour les volets phylogéographiques et démographiques de ce travail pourraient donc s’avérer utile pour la mise en place d’un programme de conservation de cette espèce, si cela s’avérait nécessaire. Dans cette optique, le développement d’outils de prédiction des capacités d’accueil des cours d’eau pour le cincle plongeur, tels que celui développé dans ce travail, pourrait également être intéressant.

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