Effets de l’environnement social et physique sur l’évolution des comportements de reproduction : étude chez un mammifère hibernant et un oiseau migrateur

Effects of the social and physical environment on the evolution of reproductive behaviours : Study in a hibernating mammal and a migratory bird

• Auteur / Autrice : Coline Arnaud
• Direction : Anne Charmantier, F. Stephen Dobson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Evolution, Ecologie, Ressources Génétiques, Paléontologie
• Date : Soutenance le 13/09/2012
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Boulinier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Charmantier, F. Stephen Dobson, Thierry Boulinier, Nicolas Perrin, Denis Réale, Céline Teplitsky
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Perrin, Denis Réale

Mots clés

Mots clés contrôlés

Comportement procréatif

Génétique des populations

Sterne pierregarin

Phénologie

Mots clés libres

Potentiel évolutif

Sélection de parentèle

Comportements de reproduction

Phénologie

Sterne pierregarin

Spermophile du Columbia

Evolutionary potential

Kin selection

Reproductive behaviours

Phenology

Common tern

Columbian ground squirrel

Résumé

En écologie évolutive, les comportements de reproduction sont particulièrement intéressants de part leur impact sur le succès reproducteur et donc leur lien étroit avec la valeur sélective individuelle. En s'appuyant sur des suivis individuels à long-terme de populations naturelles d'un rongeur hibernant et d'un oiseau marin migrateur, cette thèse a eu pour objectif 1) de déterminer la présence de sélection de parentèle et le lien entre l'environnement social et la philopatrie chez le spermophile du Columbia (Urocitellus columbianus) et 2) d'estimer le potentiel évolutif de la phénologie de la migration et la reproduction chez la sterne pierregarin (Sterna hirundo).Alors que la dispersion à longue distance a été largement étudiée chez de nombreux taxa, notre compréhension des mouvements au sein d'une colonie, en particulier en tenant compte de l'environnement social, reste limitée. Pourtant l'organisation spatiale des individus apparentés peut être fortement liée à l'évolution de la coopération, qui a pour condition nécessaire la présence de sélection de parentèle. Les travaux de cette thèse montrent que les femelles spermophiles du Columbia coopérant avec des apparentées ont une valeur sélective inclusive plus élevée que les autres femelles, révélant une forte influence de la sélection de parentèle. Les femelles sont fortement philopatriques au sein de la colonie et les mouvements à courte distance semblent liés à un partage de l'espace avec les apparentées. La philopatrie et les ajustements spatiaux permettent une forte proximité entre apparentées, qui est à la base de leur coopération. Ces résultats ouvrent des perspectives prometteuses pour explorer les mécanismes proximaux et ultimes de la coopération, en particulier en lien avec l'évolution des personnalités.Dans le contexte des changements climatiques, de nombreuses études chez les oiseaux documentent un avancement de la phénologie. L'étude d'une population déclinante de sternes pierregarins montrant un retard progressif des dates de ponte soulève l'importance d'évaluer les changements évolutifs attendus ainsi que les contraintes évolutives pour la phénologie de la migration et de la reproduction. Ces travaux montrent une diminution des variances phénotypique et génétique additive de la date d'arrivée de la migration printanière avec l'avancement du stade reproducteur. Ce résultat révèle un cas original de forte sélection passée pour la canalisation d'un trait comportemental, pouvant représenter une contrainte évolutive pour ce caractère. En outre, alors que la phénologie de la reproduction est classiquement considérée comme un caractère femelle-spécifique, l'analyse révèle un effet environnemental indirect du mâle sur la date de ponte, lié à la nécessité d'une synchronisation entre les partenaires pour l'arrivée de la migration printanière. Malgré d'une part l'absence de contraintes génétiques et d'autre part une héritabilité et une variance génétique additive significatives, les changements évolutifs attendus pour des dates de ponte plus précoces sont restreints du fait d'une sélection faible. De même, le potentiel évolutif de la date d'arrivée de la migration est limité. Des recherches futures explorant la plasticité phénotypique et la désynchronisation entre la phénologie des sternes et de leurs proies pourraient expliquer le retard de la phénologie de la reproduction en contraste avec nos prédictions.

In evolutionary ecology, behaviours associated with reproduction are particularly interesting because of their impact on reproductive success, and thus their close link to individual fitness. Using long-term individual monitoring of natural populations of a hibernating rodent and a migratory seabird, the aims of this PhD were 1) to determine presence of kin selection and relationship between social environment and philopatry in Columbian ground squirrels (Urocitellus columbianus) and 2) estimate the evolutionary potential of the migratory and reproductive phenology in common terns (Sterna hirundo).While long-distance dispersal has been well studied in numerous taxa, our understanding of within-colony movements is still limited, particularly with respect to the social environment. However, spatial organization of kin can be strongly related to the evolution of nepotistic cooperation, which requires kin selection as a necessary condition. My studies show that female Columbian ground squirrels that cooperate with kin have higher inclusive fitness, revealing a strong influence of kin selection. Females are strongly philopatric within the colony and short-distance movements seemed to be linked to sharing of space with kin. Philopatry and spatial accommodation promote strong proximity between kin, which is the basis of their cooperation. These results offer promising research perspectives for the exploration of proximate and ultimate mechanisms of cooperation, particularly linked with the evolution of personality.In the context of climate change, numerous studies in birds document advances of avian phenology. The study of a declining population of common terns exhibiting a progressive delay of laying dates indicates the importance of evaluating expected evolutionary changes, as well as constraints on migratory and reproductive phenology. My studies found a decrease of the phenotypic and additive genetic variances in arrival date from spring migration with advancing reproductive stage. This result reveals an original case of strong past selection for canalization of a behavioural trait, perhaps representing an evolutionary constraint. Also, while phenology of reproduction is classically considered a female-specific trait, analyses show an indirect environmental effect of male on laying date, linked to the need of partners to be synchronized when arriving from spring migration. In spite of, on one hand, lack of genetic constraints, and on the other hand, significant heritability and genetic variance, expected evolutionary changes for earlier laying dates are limited due to a weak selection. Similarly, the evolutionary potential of arrival date from spring migration is limited. Future research exploring phenotypic plasticity and the mismatch between the phenology of terns and their prey might explain the delay of the reproduction phenology, in contrast with our expectations.