La notion de filtre environnemental

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La notion de filtre environnemental
1. Approche démographique dassemblage des
communautés
2. Relations entre  traits  et démographie

• vitesse spécifique de croissance (r) et traits
• quest-ce quun  fitness ?
• quel est le lien entre fitness, traits et r?

3. Génétique quantitative et le  Breeders
Equation 
4. La notion dun filtre environnemental
5. La notion originale dune règle dassemblage
(Diamond)
6. La modification de Keddy règles dassemblage
par les filtres environnementaux.
2
La notion de filtre environnemental
1. Approche démographique dassemblage des
communautés
2. Relations entre  traits  et démographie

• vitesse spécifique de croissance (r) et traits
• quest-ce quun  fitness ?
• quel est le lien entre fitness, traits et r?

3. Génétique quantitative et le  Breeders
Equation 
4. La notion dun filtre environnemental
5. La notion originale dune règle dassemblage
(Diamond)
6. La modification de Keddy règles dassemblage
par les filtres environnementaux.
3
Approche démographique dassemblage des
communautés
Démographie et changements de taille de
population Léquation de base


-
nombre dimmigrants
nombre démigrants
4
Approche démographique dassemblage des
communautés
5
Approche démographique dassemblage des
communautés
Petite note mathématique
6
Approche démographique dassemblage des
communautés
ri(t) vitesse spécifique (ou  par capita ) de
croissance de la population à temps t.
le changement de la taille de la population par
rapport à la taille actuelle.
Dans lapproche démographique dassemblage des
communautés, on essaie de comprendre comment les
différences de fécondité et de mortalité dans
chaque espèce se traduisent en changements
dabondances des espèces dans le communauté.
7
Approche démographique dassemblage des
communautés
Cas 1 une seule espèce avec une vitesse
spécifique de croissance constante.
Pourquoi croissance  exponentielle ?
ri(t) constant ri
Ceci est impossible! Pourquoi?
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Approche démographique dassemblage des
communautés
Cas 2 une seule espèce avec une vitesse
spécifique de croissance variable.
K
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Approche démographique dassemblage des
communautés
le montant de réduction de la vitesse
spécifique de croissance de lespèce i qui est
causé par un individu moyen de lespèce i
Cas 2 une seule espèce avec une vitesse
spécifique de croissance variable.
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Approche démographique dassemblage des
communautés
Cas 3 deux espèces avec des vitesses
spécifiques de croissance variables.
K2
 Dynamique de type Lotka-Volterra 
Quatre possibilités logiques
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La notion de filtre environnemental
1. Approche démographique dassemblage des
communautés
2. Relations entre  traits  et démographie

• vitesse spécifique de croissance (r) et traits
• quest-ce quun  fitness ?
• quel est le lien entre fitness, traits et r?

3. Génétique quantitative et le  Breeders
Equation 
4. La notion dun filtre environnemental
5. La notion originale dune règle dassemblage
(Diamond)
6. La modification de Keddy règles dassemblage
par les filtres environnementaux.
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Approche démographique dassemblage des
communautés
Cas 4 beaucoup despèces avec des vitesses
spécifiques de croissance variables.
Pour S espèces il faut connaître
S valeurs de vitesses spécifiques maximales (rmax)
S valeurs de capacités de soutien (K)
S2 valeurs de coefficients de compétition (a)
2SS2 choses à mesurer pour un ensemble de S
espèces.
Combien despèces de plantes peut-on trouver dans
un hectare de prairie?
Ces paramètres démographiques (rmax, K, aij),
peuvent-ils changer si les conditions environnemen
taux changent?
Est-ce quil est facile de mesurer ces
paramètres sur le terrain?
Croyez-vous que les formules mathématiques
de type Lotka-Volterra sont trop simplistes?
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Approche démographique dassemblage des
communautés
Cet approche démographique est lapproche
dominante en écologie des communautés, surtout au
niveau théorique.
Par contre, ceci est resté au niveau
 théorique , sans application empirique sur le
terrain parce que
- il y a trop de choses (paramètres
démographiques) à mesurer,
- ces paramètres (basés sur les taux de survie et
de reproduction, sont difficiles à mesurer sur
le terrain,
- ces paramètres changent en changeant les
conditions environnementales,

• parce que les équations pour prévoir les
  changements de r(t) sont beaucoup
• plus complexes que les équations simplistes de
  Lotka-Volterra.

Problème de base Cet approche démographique
voit chaque espèce comme un loi en soi les
paramètres démographiques (rmax,K, a, etc) sont
vus comme des propriétés intrinsèques de chaque
espèce dans un contexte environnemental donné.
Piste de solution Les différences entre les
espèces en termes de taux de reproduction, de
survie, dimmigration etc (donc les paramètres
démographiques) sont causées par les différences
morphologiques, physiologiques et phénologiques
des espèces. Est-ce quon peut comprendre
lassemblage des communautés en étudiant
linteraction entre traits fonctionnels et
environnements?
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La notion de filtre environnemental
1. Approche démographique dassemblage des
communautés
2. Relations entre  traits  et démographie

• vitesse spécifique de croissance (r) et traits
• quest-ce quun  fitness ?
• quel est le lien entre fitness, traits et r?

3. Génétique quantitative et le  Breeders
Equation 
4. La notion dun filtre environnemental
5. La notion originale dune règle dassemblage
(Diamond)
6. La modification de Keddy règles dassemblage
par les filtres environnementaux.
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Relations entre  traits  et démographie
Vitesse spécifique de croissance
nombre de jeunes produit par un individu moyen à
temps t qui survivent
proportion des individus qui survivent à temps t
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Relations entre  traits  et démographie
Un petit parenthèse pour parler de la sélection
naturelle
Definition de sélection naturelle tirée de
Wikipedia
Natural selection is the process by which
favorable heritable traits become more common in
successive generations of a population of
reproducing organisms, and unfavorable heritable
traits become less common, due to differential
reproduction of genotypes. Natural selection
acts on the phenotype, or the observable
characteristics of an organism, such that
individuals with favorable phenotypes are more
likely to survive and reproduce than those with
less favorable phenotypes. The phenotype's
genetic basis, genotype associated with the
favorable phenotype, will increase in frequency
over the following generations.
Le processus par laquelle labondance relative
des traits héritables associés aux
génotypes change dans le temps parce que les
probabilités de survie et de reproduction de ces
génotypes sont différentes et ces différences
sont causées par ces différences des traits
héritables.
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Relations entre  traits  et démographie
Un petit parenthèse pour parler de la notion de
fitness évolutif
Definition de fitness évolutif tirée de Wikipedia
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Relations entre  traits  et démographie
Un petit parenthèse pour parler de la notion de
fitness évolutif
Donc le fitness évolutif absolu dun génotype est
simplement la vitesse spécifique de croissance du
génotype, qui est la vitesse spécifique de
croissance moyen (théorique) des individus
ayant ce génotype
Le fitness évolutif relatif dun génotype est
simplement
19
Relations entre  traits  et démographie
changements dans labondance relative parmi
ces différents génotypes (et phénotypes)
différents génotypes dans différentes espèces
différents génotypes dans la même espèce
évolution
assemblage des communautés
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La notion de filtre environnemental
1. Approche démographique dassemblage des
communautés
2. Relations entre  traits  et démographie

• vitesse spécifique de croissance (r) et traits
• quest-ce quun  fitness ?
• quel est le lien entre fitness, traits et r?

3. Génétique quantitative et le  Breeders
Equation 
4. La notion dun filtre environnemental
5. La notion originale dune règle dassemblage
(Diamond)
6. La modification de Keddy règles dassemblage
par les filtres environnementaux.
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Génétique quantitative et le  Breeders
Equation 
Cas 1 aucune base héritable
Lhéritabilité dun trait (symbole h2), est la
pente de la régression entre la valeur moyen du
trait des parents et la valeur du trait de
lenfant h20 veut dire aucune contribution
héritable h21 veut dire une contribution
parfaite héritable
Cas 2 forte contribution héritable
1-h2 la contribution non-héritable
(environnement)
22
Génétique quantitative et le  Breeders
Equation 
Tous les enfants survivent, peu importe leurs
traits, donc le trait moyen chez les enfants est
la même que le trait moyen chez les parents.
Tous les enfants ayant un traitgt0 survivent et
tous les enfants ayant un traitlt0 meurent sans se
reproduire.
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La notion de filtre environnemental
1. Approche démographique dassemblage des
communautés
2. Relations entre  traits  et démographie

• vitesse spécifique de croissance (r) et traits
• quest-ce quun  fitness ?
• quel est le lien entre fitness, traits et r?

3. Génétique quantitative et le  Breeders
Equation 
4. La notion dun filtre environnemental
5. La notion originale dune règle dassemblage
(Diamond)
6. La modification de Keddy règles dassemblage
par les filtres environnementaux.
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Génétique quantitative et le  Breeders
Equation 
force de la sélection
héritabilité du trait
changement dans le trait moyen après un événement
de sélection
un changement dans la distribution des traits
ET un changement dans labondance relative des
génotypes possédant ces traits ? changement dans
la structure de la communauté
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La notion de filtre environnemental
1. Approche démographique dassemblage des
communautés
2. Relations entre  traits  et démographie

• vitesse spécifique de croissance (r) et traits
• quest-ce quun  fitness ?
• quel est le lien entre fitness, traits et r?

3. Génétique quantitative et le  Breeders
Equation 
4. La notion dun filtre environnemental
5. La notion originale dune règle dassemblage
(Diamond)
6. La modification de Keddy règles dassemblage
par les filtres environnementaux.
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La notion originale dune règle dassemblage
(Diamond)
Diamond, J.M. 1975. Assembly of species
communities. Dans Cody, M.L. et Diamond, J.M.
(éditeurs), Ecology and evolution of communities.
Belknap Press, Cambridge.
En étudiant des communautés doiseaux dans
différentes îles, il a noté des
patrons non-aléatoires de combinaisons despèces
 permises  et  défendues .
Par exemple  espèces A et B peuvent coexister
si lespèce C est absente 
 espèces X et Y ne se trouvent pas sur la même
île  etc.
Il a appelé ce genre de dobservation des
 règles dassemblages 
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La notion originale dune règle dassemblage
(Diamond)
Jappellerai celles-ci des  règles
dassemblages taxonomiques 
Problème Comment généraliser ces règles? Si la
règle est  espèce A ne peut pas coexister avec
lespèce B , comment appliquer cette règle
dans une région qui ne contient pas ces deux
espèces?
Solution proposée par Keddy (1992) baser ces
règles sur les traits au lieu des groupes
taxonomiques.
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La notion de filtre environnemental
1. Approche démographique dassemblage des
communautés
2. Relations entre  traits  et démographie

• vitesse spécifique de croissance (r) et traits
• quest-ce quun  fitness ?
• quel est le lien entre fitness, traits et r?

3. Génétique quantitative et le  Breeders
Equation 
4. La notion dun filtre environnemental
5. La notion originale dune règle dassemblage
(Diamond)
6. La modification de Keddy règles dassemblage
par les filtres environnementaux.
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Lecture obligatoire Keddy, P.A. 1992. Assembly
and response rules two goals for predictive
community ecology. Journal of Vegetation Science
3 157-164.
Page 159 Développement des règles dassemblage
1. On fait un liste de toutes les espèces qui se
trouvent dans une région (un  pool  despèces).
2. On mesure des valeurs de traits fonctionnelles
qui sont soumis aux forces sélectives de
lenvironnement.
3. On spécifie les conditions environnementales
4. On spécifie des règles déterminant si la
possession dun ensemble de traits permet ou
exclue lespèce (ou bien qui détermine
labondance relative de lespèce)
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Pool despèces qui se trouvent dans la
région (A, B, C, D)
Étape 1
Étape 2
Base de données des traits
Espèce Trait (taille) A
1 B 2 C
3 D 4
Étape 3
Environnement
Fertilité élevée
La probabilité de survie dun individu augmente
avec sa taille dans les conditions de fertilité
élevée
Règle dassemblage
Étape 4
Prévision
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Plus que lespèce produit beaucoup de petites
graines, plus élevée les chances immigration
Plus que lespèce possède des petites
graines rondes, plus que ces graines survivront
pour germer
Plus que la taille adulte de lespèce est
grande plus les chances de gagner en compétition.
32
La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple 1 assemblage dans les terres humides des
prairies
33
La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple 1 assemblage dans les terres humides des
prairies Études de van der Valk
Étude comparative sur la relation entre le taux
de germination et le degré de sécheresse du sol
dans le Missouri. Exemple des données
sol inondé
sol sec
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple 1 assemblage dans les terres humides des
prairies Études de van der Valk
pool total despèces P. hydropiperoides, Eleochar
is obtusa, Echinochola crusgalli, Xantium
pensylvanicum
Mais, il nous manque des autres filtres!!!
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple 1 assemblage dans les terres humides des
prairies
Exemples dadaptations
Variables environnementales
enzyme des racines déshydrogénase alcool qui
permet une respiration anaérobique des sols
inondés.
concentration dO2 dans le sol
durée dinondation par saison
profondeur maximale pour la germination
fréquence dannées de sécheresse
profondeur maximale qui permet la tige
datteindre la surface de leau
nombre dannée quune graine peut survivre dans
la banque de graines.
36
La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple 1 assemblage dans les terres humides des
prairies
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple 1 assemblage dans escarpement de Niagra
(Larson)
38
La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple 1 assemblage dans escarpement de Niagra
(Larson)
Foret feuillue typique Érable à sucre (Acer
saccharum), Bouleau à papier (Betula
papyrifera), Chêne rouge (Quercus rubra)
Plateau
Cèdre blanc (Thuja occidentalis) ltlt Boleau à
papier (Betula papyrifera) ltlt Érable à épis (Acer
spicatum) espèces herbacées
falaise
Cornouiller rugueux (Cornus rugosa) Sureau
pubescent (Sambucus pubens) Érable à épis (Acer
spicatum)
Talus
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple 1 assemblage dans escarpement de Niagra
(Larson)
Booth, B.D. Larson, D.W. (1998). The role of
seed rain in determining the assembly of a cliff
community.Journal of Vegetation Science 9657-668.
Voyez-vous un problème avec cette façon
dattraper des graines?
Dispositif expérimental
X 2 ans
2 sites, 5 transects par site
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Décrire le patron de distribution des espèces
dans la pluie de graines si le filtre de
dispersion est très fort
Et maintenant si le filtre de dispersion est nul.
Distribution des plantes adultes
Foret feuillue typique Érable à sucre (Acer
saccharum), Bouleau à papier (Betula
papyrifera), Chêne rouge (Quercus rubra)
Plateau
Cèdre blanc (Thuja occidentalis) ltlt Boleau à
papier (Betula papyrifera) ltlt Érable à épis (Acer
spicatum) espèces herbacées
falaise
Cornouiller rugueux (Cornus rugosa) Sureau
pubescent (Sambucus pubens) Érable à épis (Acer
spicatum)
Talus
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.

• 1127 3138
• POURQUOI???

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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Les graines de presque toutes les espèces peuvent
arriver sur chacun des parties (plateau, falaise,
talus). Donc, il nexiste pas de filtrage fort au
niveau de la dispersion.
Par contre, certaines espèces sont capable de
disperser leurs graines plus loin que
dautres. Donc, il existe quand même un biais de
dispersion selon lespèce.
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple 1 assemblage dans escarpement de Niagra
(Larson)
Booth, B.D. Larson, D.W. (2000).Constraints on
the assembly of cliff communities at the seed
bank stage. Écoscience 7326-335.
Dispositif expérimental (même quavant)
X 2 ans
2 sites, 5 transects par site
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple 1 assemblage dans escarpement de Niagra
(Larson)
Sil existe aucun filtrage au niveau du survie
des graines dans le sol, quelle sera la relation
entre le nombre de graines dune espèce dans le
sol et dans la pluie de graines qui arrive (ce
quon a déjà vu)?
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Nombre dans banque de graines nombre qui
arrive nombre qui meurent
- nombre qui germent Le filtrage est du
surtout à la capacité dune graine de survivre
plusieurs années dans le sol.
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple 1 assemblage dans escarpement de Niagra
(Larson)
Si le filtrage au niveau de la banque de graine
est très fort, alors quelle sera la relation
entre le nombre de graines dune espèce dans la
banque de graines et son abondance dans la
végétation?
48
La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Il y a des différences entre les espèces dans
la capacité de survivre dans le sol donc il
existe un filtrage à ce stage, mais
49
La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Exemple assemblage dans escarpement de Niagra
(Larson)
Booth, B.D. Larson, D.W. (2000).Constraints on
the assembly of cliff communities at the seedling
stage. Écoscience 7336-344.
2 expériences
Expérience de terrain
Espèces Larix laricina Pinus strobus Picea
glauca Thuja occidentalis Tsuga canadensis Betula
papyrifera Betula alleghaniensis
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Expérience de terrain
7 Espèces Larix laricina Pinus strobus Picea
glauca Thuja occidentalis Tsuga canadensis Betula
papyrifera Betula alleghaniensis plantules
germées plantées sur la falaise
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Expérience de plus contrôlée
Même période de temps (1000 j) mêmes variables
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
1 seul cohorte
1 seul cohorte
résultats sur la falaise

• eau
• eau
• - eau
• eau

crevasse plateforme
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Expérience de plus contrôlée
Aucune addition deau dans cette
expérience direction (est, ouest) affecte la
sécheresse due aux vents
54
La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Quels sont les attributs des semis des espèces
qui expliquent les différences de survie?
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
À noter que ces semis sont très petits même après
3 ans (eg Thuja occidentalis 3 cm et 2 mg)
1. La capacité de produire des longues racines,
capables dexplorer le sol des crevasses, sans
allouer trop de biomasse dans la racine donc
les racines longues et minces
2. La capacité dallouer de la biomasse dans les
feuilles sans augmenter lhauteur du semis trop
vite (branches et feuilles épaisses)
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La modification de Keddy règles dassemblage par
les filtres environnementaux.
Problèmes

• En réalité il y a beaucoup de  filtres 
  agissant sur lassemblage des communautés
• - production des graines
• - dispersion de graines
• - pertes par granivores
• - mortalité dans le sol par granivores,
  champignons et physiologie de la graine
• - capacités de germination
• - survie des semis
• - compétition entre individus
• - mortalité par herbivores, champignons
  et pathogènes

2. le même trait fonctionnelle peut affecter les
probabilités de traverser différents filtres
eg taille de la graine ? production des graines,
dispersion des graines, capacité dentrer dans
la banque de graines, granivorie.
3. Beaucoup de travail!