Breeding with seasons : variability, heritability, and natural selection of phenological plasticity in a wild bird

par Suzanne Bonamour du Tartre

Thèse de doctorat en Sciences de l'évolution et de la biodiversité

Sous la direction de Céline Teplitsky.

Le président du jury était Ophélie Ronce.

Le jury était composé de Céline Teplitsky, Ophélie Ronce, Jane Reid, Marcel Visser, Alexandre Robert, Anne Charmantier.

Les rapporteurs étaient Jane Reid, Marcel Visser.

  • Titre traduit

    Variabilité, héritabilité et sélection naturelle de la plasticité de la phénologie chez la mésange bleue


  • Résumé

    La plasticité phénotypique – l’expression par un génotype de différents phénotypes en fonction de l’environnement – est un processus omniprésent dans la nature. Les changements de phénologie sont actuellement l’une des principales réponses au changement climatique. Bien qu’elle ait permis des réponses adaptatives aux variations environnementales par le passé, la plasticité phénotypique pourrait, dans un futur proche, ne plus être adaptative en raison des transformations importantes et rapides des écosystèmes. Dans un tel contexte, l’évolution de la plasticité phénotypique pourrait être cruciale à la persistance des populations, cela nécessitant que la plasticité soit héritable et soumise à la sélection naturelle. Un des exemples les plus étudiés de plasticité phénologique est la variation de la date de ponte en fonction de la température chez les oiseaux. Les températures printanières sont en effet l’indice environnemental le plus corrélé aux changements de phénologie chez la plupart des espèces de passereaux en région tempérée. En se basant sur les suivis à long-terme de quatre populations naturelles de mésanges bleues (Cyanistes caeruleus) en région méditerranéenne, cette thèse s’intéresse à la variabilité, l’héritabilité et la sélection naturelle sur la plasticité phénotypique de la phénologie de la reproduction. Premièrement, dans une revue bibliographique sur l’influence du changement climatique sur la plasticité phénotypique, nous avons mis en évidence l’importance des effets probables du changement climatique sur la fiabilité des indices environnementaux. Ce point a fait l’objet d’une étude plus poussée dans nos quatre populations de mésanges ainsi que chez leurs principales proies (chenilles), mettant en évidence des différences entre populations provenant d’habitats différents. Deuxièmement, pour mieux comprendre les déterminants de la variation intra-individuelle de la phénologie de la date de ponte, nous avons exploré comment le processus de vieillissement affecte l’expression de la plasticité phénotypique de la date de ponte en fonction de la température, révélant une plasticité plus forte chez les femelles matures que chez les femelles jeunes ou âgées. De plus, nous avons évalué la plasticité de la sénescence de reproduction en fonction de la qualité environnementale expérimentée par les oiseaux au cours de leur vie, et montré que les individus dans un bon environnement vieillissent plus vite. Enfin, afin de mieux cerner le potentiel évolutif de la phénologie de la reproduction chez la mésange bleue, nous avons estimé l’héritabilité de la plasticité et mis en œuvre de nouvelles méthodes pour estimer la sélection naturelle sur les normes de réaction. Nous avons détecté de l’héritabilité de la plasticité ainsi que de la sélection, nous prédisons donc une réponse à la sélection de la plasticité de la date de ponte.


  • Résumé

    Phenotypic plasticity – the expression by a single genotype of different phenotypes according to the environment – is ubiquitous in nature. Changes in phenology through plastic modulations are currently one of the main responses to climate change in the wild. Despite allowing adaptive and fast responses to environmental variation in the past, phenotypic plasticity may not be adaptive anymore in the new and/or extreme environmental conditions created by rapid global change. In this context, evolution of phenotypic plasticity could be crucial for population adaptation and persistence. One of the most studied examples of phenological plasticity is the variation of avian egg-laying date according to spring temperature which acts as an environmental cue in most of passerines species in temperate regions. Taking advantage of the long-term monitoring of four wild populations of Mediterranean blue tits (Cyanistes caeruleus), this thesis investigates the variability, heritability of and natural selection on phenotypic plasticity of reproductive phenology. First, a review of the influence of climate change on phenotypic plasticity highlighted the importance of potential changes in cue(s) reliability for plasticity to remain adaptive, a point we further explored in our four blue tits populations and their main preys (caterpillars), showing differences among populations from different habitats. Second, to better understand the drivers of within-individual variation of laying date phenology we evaluated how ageing affects plasticity of laying date in response to temperature, and revealed stronger plasticity in mature compared to young or old females. Moreover, we assessed plasticity of reproductive senescence according to the environmental quality experienced by birds during their lifetime and showed that individuals experiencing good environments age faster. Finally, to improve our knowledge of the evolutionary potential of reproductive phenology in this species, we estimated the heritability of laying date and implemented methods to estimate natural selection on laying date and its plasticity. We showed both heritability of and selection on plasticity, we thus expect response to selection.


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