méthodes quantitatives en écologie de la conservation · plan •biologie de la conservation...
TRANSCRIPT
Méthodes quantitatives enécologie de la conservation
24 Novembre - 18 Décembre 2009
Carmen Bessa-Gomes
Évaluation
• Projet personnel (binôme)– Sujets seront distribués le 27 Novembre
– Progrès présenté oralement lors « PVAworkshop » (11 Décembre)
– Restitution du rapport écrit le 18 Décembre
Plan
• Biologie de la conservation– Motivation– Définition– Paradigmes
• Les populations en déclin• Les populations à faible effectif
• Brief aperçue des techniques de recensement &estimation des taux vitaux
La biologie de conservation:Définition
• La science de la rareté et de la diversité» M. Soulé (1986)
– Réponse de communité scientifique aux changementsenvironamentaux que menancent la biodiversité
– Objectif: comprendre le phénomene d’extinction actuelle et fournirdes outils intellectuels et técnologique que puisent anteciper,eveiter minimiser ou corriger les dégats écologiques…
– Science multidisplinaire par excelence, mais dominée parl’écologie
• Dynamique de populations & génétique des populations
Nb familles observés dans leregistre fossile au cours du
temps.
La biologie de la conservation: motivation
• Enrayer l’extinction– Mais l’extinction, n’est-elle pas un
phénomene biologique normale, au mêmetitre que la spéciation ?
•Taux de changement trèsrapide
•Impossibilité de s’adapter– Perte des spécialistes
– Perte d’histoire évolutif
Le taux
d’extinction:
passé et présent
Les paradigmes de la biologiede la conservation
• Paradigme des populations en déclin
• Paradigme des populations à faibleefectif
• 1. Residential & commercialdevelopment
– 1.3. Tourism & recreation areas
• 2. Agriculture & aquaculture– 2.1. Annual & perennial non-timber crops
• 2.1.3. Agro-industry farming
– 2.2. Wood & pulp plantations• 2.2.2. Agro-industry plantations
• 4. Transportation & service corridors– 4.1. Roads & railroads
• 5. Biological resource use– 5.1. Hunting & trapping terrestrial animals
• 5.1.2. Unintentional effects (species is notthe target)
• 11. Climate change & severe weather– 11.2. Droughts
• 1. Residential & commercial development– 1.1. Housing & urban areas
• 2. Agriculture & aquaculture– 2.1. Annual & perennial non-timber crops
• 2.1.3. Agro-industry farming
– 2.2. Wood & pulp plantations• 2.2.2. Agro-industry plantations
• 4. Transportation & service corridors– 4.2. Utility & service lines
• 5. Biological resource use– 5.1. Hunting & trapping terrestrial animals
• 5.1.2. Unintentional effects (species is notthe target)
• 5.1.3.Persecution/control
• 6. Human intrusions & disturbance– 6.1. Recreational activities
• 7. Natural system modifications– 7.3. Other ecosystem modifications
Aquila adalberti Lynx pardinus
• 1. Residential & commercialdevelopment
– 1.3. Tourism & recreation areas
• 2. Agriculture & aquaculture– 2.1. Annual & perennial non-timber crops
• 2.1.3. Agro-industry farming
– 2.2. Wood & pulp plantations• 2.2.2. Agro-industry plantations
• 4. Transportation & service corridors– 4.1. Roads & railroads
• 5. Biological resource use– 5.1. Hunting & trapping terrestrial animals
• 5.1.2. Unintentional effects (species is notthe target)
• 11. Climate change & severe weather– 11.2. Droughts
• 1. Residential & commercial development– 1.1. Housing & urban areas
• 2. Agriculture & aquaculture– 2.1. Annual & perennial non-timber crops
• 2.1.3. Agro-industry farming
– 2.2. Wood & pulp plantations• 2.2.2. Agro-industry plantations
• 4. Transportation & service corridors– 4.2. Utility & service lines
• 5. Biological resource use– 5.1. Hunting & trapping terrestrial animals
• 5.1.2. Unintentional effects (species is notthe target)
• 5.1.3.Persecution/control
• 6. Human intrusions & disturbance– 6.1. Recreational activities
Aquila adalberti Lynx pardinus
Distribution historique et actuelle du rhinocéros d’Inde (Rhinoceros unicornis).
Paradigme des populations en déclin: le “quartet du mal”
• Surexploitation• Destruction et fragmentation de l’habitat• Introdution de espéces exótiques• Chaîne d’extinction
Gavial (Gavialis gangeticus)statut UICN: EN, principales
menaces: surexploitation(historique), destruction de la
habitat (ongoing).
Paradigme des populations endéclin : surexploitation
• Chasser / prélever une espèce au-dessus de la capacité derenouvellement de la population.– Cela revient à augmenter la mortalité
de façon importante, cet-à-dire, lanatalité ne suffit plus à compenser lamortalité.
• Les espèces plus vulnérables à la sur-exploitation sont celles qui ont un faibletaux de croissance intrinsèque r.– Exemples: les gros mammifères tels
que les baleines, les éléphantes et lesrhinocéros.
Dodo (Raphus cucullatus).
Paradigme des populations endéclin : surexploitation
• Cas particulier:– les pêcheries– Les espèces insulaires
(dépourvu de stratégies anti-prédateurs)
Paradigme des populations en déclin :
destruction & fragmentation de l’habitat
• Dégradation de l’habitat
• Conversion à d’autres usages– urbanisation, assainissement de zones humides
• Activités agricoles– production intensif, pollution
• Déforestation– Incendies
Paradigme des populations en déclin :
destruction & fragmentation de l’habitat
• Déforestation– environ 13 millions d’hectares de forêts
disparaissent annuellement sur Terre. C'estl'équivalent de la surface de l'Angleterre, soit 1terrain de football toutes les quinze seconde.
Paradigme des populations en déclin :
destruction & fragmentation de l’habitat
• “Dégât collatéral” associé à la destruction de l’habitat– Mosaïque d’habitats de valeur hétérogène– Augmentation des lisières– Conflit dans le cas des espèces “problème”, tels que les
carnivores, éléphantes
> Temps >
Jacinthe d’eau (Eichorniacrassipes): originaire du bassin
de l’Amazonie; introduite commeplante ornemental; forme destapis espèce empêchant la
photosynthèse et menant à ladécomposition anaérobique de la
matière organique.
• Agents de destruction /dégradation del’habitat– Exclusion compétitive
– Sur-prédation
– Vecteur agentspathogéniques
Paradigme des populations en déclin :
introduction d’espèces éxotiques
Paradigme des populations en déclin :
introduction d’espèces éxotiques
Kiwi (Apteryx australis), statut: VU; en 1987, unseul chien qui a érré pendant 6 semaines dansune réserve en Nouvelle Zelande a réussi à tuer50% de la population (500 kiwis tués lorsque lapopulation est de seulement 1000 indivídus).
• Cas particulier:– Les espèces insulaires (dépourvu de stratégies
anti-prédateurs)
Putois d’Amérique (Mustela nigripes), s’estéteint dans la nature due au déclin du chien des
prairies (Cynomys ludovicianus).
Paradigme des populations en déclin :
Chaîne d’extinction (coextinction)
• L’extinction (quasi-extinction) d’une espècedonnée mène à l’extinction d’autre espècedue a des liens d'interdépendance trèsdivers– Proie => Prédateur
Science, Vol 305, Issue 5690, 1632-1634 , 10 September 2004
Paradigme des populations en déclin :
Chaîne d’extinction (coextinction)
• Proie =>Prédateur
• Proie => parasite
• Insectepolinisateur =>plante
• Plante => insecteovipositeur
Le paradigme des populationsà faible effectif
• Mosaique d’habitat favourable:• B > M => r > 0
• La population est-elle a l’abri de l’extinction ?
> Temps >
• 1. Residential & commercialdevelopment
– 1.3. Tourism & recreation areas
• 2. Agriculture & aquaculture– 2.1. Annual & perennial non-timber crops
• 2.1.3. Agro-industry farming
– 2.2. Wood & pulp plantations• 2.2.2. Agro-industry plantations
• 4. Transportation & service corridors– 4.1. Roads & railroads
• 5. Biological resource use– 5.1. Hunting & trapping terrestrial animals
• 5.1.2. Unintentional effects (species is notthe target)
• 11. Climate change & severe weather– 11.2. Droughts
• Population estimé : entre 84 et 143 inds– http://www.iucnredlist.org/apps/redlist/details/12520/0/ran
gemap
• 1. Residential & commercial development– 1.1. Housing & urban areas
• 2. Agriculture & aquaculture– 2.1. Annual & perennial non-timber crops
• 2.1.3. Agro-industry farming
– 2.2. Wood & pulp plantations• 2.2.2. Agro-industry plantations
• 4. Transportation & service corridors– 4.2. Utility & service lines
• 5. Biological resource use– 5.1. Hunting & trapping terrestrial animals
• 5.1.2. Unintentional effects (species is not the target)
• 5.1.3.Persecution/control
• 6. Human intrusions & disturbance– 6.1. Recreational activities
• Population estimé : environ 200 couples
– http://www.iucnredlist.org/apps/redlist/details/144496/0/rangemap
Aquila adalberti Lynx pardinus
Le paradigme des populationsà faible effectif
• Pendant longtemps on a considéré quel’existence d’un seul couple suffisait pourassurer la persistence d’une espèce– Arche de Noah
• Mais cela ne sera possible qui si on abeaucoup de chance!
• La dinamique de une population à faibleeffectif depend du destin de chacun de seselements!
Le paradigme des populationsà faible effectif
• Pendant longtemps on a considéré quel’existence d’un seul couple suffisait pourassurer la persistence d’une espèce– Arche de Noah
• Mais cela ne sera possible qui si on abeaucoup de chance!
• La dinamique de une population à faibleeffectif depend du destin de chacun de seselements
Le paradigme despopulations à faible effectif
• L’hasard a un fort impact sur l’avenirdes populations à faible effectif– Stochasticité démographique
– Stochasticité environnemental
– Consanguinité, heterozigotié et fitness
Puma de floride (Puma concolorcoryi): faible succès dereproduction due à la
consanguinité.
Le paradigme des populations à faible effectif :
Consanguinité, heterozigotie et fitness
• Consanguinité– L’appariement entre individus apparentés est plus fréquent
à faible effectif– Augmentation de la probabilité de hériter allèle délétère– Augmentation de la probabilité devenir homozygote pour
un allèle délétère
Le Guépard (Acinonyx jubatus), est trèshomozygote.
Le paradigme des populations à faible
effectif : Consanguinité, heterozigotie
et fitness
• Dérive génétique• Goulot d’étranglement
Techniques de recensement
• Distribution
• Densité
• Structure– Age / stage
– Sexe
• Paramètres– Survie, natalité, dispersion, etc
Distribution
historique du loup
au Portugal
• Déclin progressive– Littoral vers intérieur– Sud vers le nord
• Déclin associé à:• Rareté (voire absence) des
proies naturels• Conflit avec les populations
humaines à cause des dégâtschez les animaux domestiques(qui peut représenter jusque à80% du régime du loup)
• Le loup est protégé au Portugal:l’état paye tous les dégâts
Distribution 1990’s
• La base de données du ProjectSignatus– Attaques aux animaux domestiques– Enquêtes– 3625 registres 1990-1994– Geo-référencés (SIG)
• Données de présence– présence sporadique versus
présence régulier– Fragmentation
• Core vs marginale?
La distribution du loup
• 5 nuclei: Gerês, Alvão, Bragança, Lapa, Sabugal• Fragmentation associé aux rivières le plus
importants
Surveys
• Transepts– À pied, en voiture, hélicoptère
– Distance fixe, effort pré-défini
• Points / cadrats
• …
Capture-Marquage-Recapture
• Lincoln
• Petersen
n1
N=m2
n2
! N =n1n2
m2
N =n1+1( ) n2 +1( )m2+1( )
!1
Hypothèses
• La population est fermé
• Les animaux ne perdent pas leursmarques pendant l’étude
• Tous les marques sont identifiéscorrectement
• Tous les individus ont une probabilité decapture identique
Précision versus « accuracy »
• Précis– Petit intervalle de
confiance
• Accuracy– Pas de biais dans
l’estimation
X
XX
X
XXX
X
Précision de l’estimateur dePetersen
Q = 200N
n1n2
n =200
QN
W1,W
2= p ± 1.96
p 1! p( ) 1! m2n1( )
n2!1
+1
2n2
"
#$$
%
&''
La précision est la différence entre le valeur estimé et
l’intervalle de confiance à 95%, presenté en %.
Méthode de Schnaebel
• S -> nombre de séances
• ni -> nb capturé lors de la séance i
• mi -> nb d’individus marqués capturé lors de laséance i
• ui -> nb marqués lors de séance i (ni - mi)• Mi = !uj -> nb d’individus déjà marqué au moment de
la séance i
Méthode de Schnaebel
• A = !niMi2
• B = !miMi2
• C = !mi2/ni
• N=A/B• Intervalle de confiance 95%• A/[B±((AC-B2)/(S-2))1/2]
Probabilité de capture
1 0 0 1
1 1 0 0
0 1 0 1
M M M M
!
"
####
$
%
&&&&
p p p p
p p p p
p p p p
M M M M
!
"
####
$
%
&&&&
Estimateurs de maximumvraisemblance
• Capture-marquage-recapture commeune distribution de la probabilité decapture
• Distribution de probabilité -> estimateurde maxime vraisemblance– Avantage: p n’est plus nécessairement
constant et identique pour tous lesindividus
Estimateurs de maximumvraisemblance
• Modèle 0 -> p est constant et unique• Modèle t -> p varie avec les séances• Modèle b -> p varie avec l'expérience
des animaux marqués (naïfs versusmarqués)
• Modèle h -> p varie par individu– Combinassions de modèles: Mtb, Mth,
Mbh, Mtbh
Probabilité de capture
p1
p2
p3
p4
p1
p2
p3
p4
p1
p2
p3
p4
M M M M
!
"
####
$
%
&&&&
Example: prob. capture varie au cours du temps
Sélection de modèle
• Balance entre ajustement et précision– paramètres!, ajustement !,précision "– Akaike Information Criteria AIC
AIC = -2ln(L)+2kL -> vraisemblance
• Le meilleur modèle est celui avec leplus faible AIC
Radio-pistage
• Probabilité de recapture très élevé (# 1)• Détection dispersion & mortalité
(récupération collier)• Problèmes
– Taille– Temps de vie des batteries– Coût– Capture initial
La cohorte
• Une cohorte désigne un ensemble d'individusayant vécu un même événement au coursd'une même période– Cohorte de naissances
• Taux de survie à l’âge x
• Taux de mortalité à l’âge x
• Taux de survie jusque à l’âge x
• Nb d’individus âgés x décédés
Table de mortalitéde la cohorte
R0 : Taux net de reproduction
Nombre moyen de femelles que unefemelle devra produire au cours de savie
Application de la LT
• La cohorte => Suivia très long-terme :pas toujourspossible
• Alternative : analysevertical de la LT$Valable uniquement
lorsque la structured’âge est stable
Capture-marcage-recapturepour de populations ouverts
R1=22
X11
X10
X110=7
X111=4
X101=2
X100=9
[ ]3211111E !" pRX =
[ ] )1(E 3211110 !" #= pRX
[ ]3211101 )1(E !" pRX #=
[ ] [ ]321211100 )1(1E !"" ppRX ###=
Sessões de captura
Taxa de sobrevivência
Taxa de captura
t1 t2 t3
p3p2p1
"1 "2
Le taux d’extinction: passé et présent• Extinctions em masse au cours du temps
geologique• Les plus récent datant du pleistocéno et ont
été liès à des changements climatiquesimportants (glaciations)– Très présents dans la culture humaine, chez
differents civilisations• Juive-chrétiéne: l’arche de Noha qui aurait
emparaille au monte Ararat, en Turquie• Aztec: Lama divin qui a conduit 2 animaux de
chaque espèce vers l’haute des montagnes
Le tauxd’extinction:passé etprésent
•Taux de changementtrès rapide•Facteur principale:l’homme
Katmandu (Népal): population duplique chaque 10 ans ->urbanisation chaotique, niveaux de pollution très importants:même si la ville est entouré par les Himalaya, on n’arrive pasa voir leurs sommets.
Nb d’espèces de mammifères, oiseaux,reptiles et amphibiens menacées
d’extinction d'après l’UnionInternationale pour la conservation
de la Nature (IUCN).
Le taux d’extinction: passé et présent• Le taux d’extinction actuelle est sans précédente (3 à 5 fois
celui des périodes d’extinction en masse précédents)• 1/4 de la biodiversité risque de disparaître dans le prochains
20 à 30 ans– Parallèle mortalité naturelle et sur-mortalité
Le paradigme des populations à faible
effectif : stochasticité démographique
• Imaginez une population de marsupilamisavec une probabilité de survie 0.5 et portéemoyenne 2.
• Combien d’individus vont-il survivre au hiversi l’effectif est:– 2– 10– 50– 100
Le paradigme des populations à faible
effectif : stochasticité environnemental
• Imaginez maintenant que notre population demarsupilamis est soumis à des annés de catastrophe(survie = 0.4, fec = 1.8) et des bonanzas (survie = 0.6,fec = 2.2), les deux étant également fréquents.
• Combien d’individus vont-il survivre au hiver sil’effectif est:– 2– 10– 50– 100