On touche avec les yeux
La méthode de capture-marquage-recapture (CMR) est souvent considérée comme la méthode reine en dynamique des populations, permettant d'obtenir des données précieuses sur les taux vitaux des populations, leur sensibilité à l'environnement et leurs caractéristiques démographiques (Frederiksen et al. 2014). La CMR classique peut cependant imposer de très fortes contraintes sur les espèces les plus sensibles à la manipulation, au piégeage ou à la pose de marques, et impacter leur survie et leurs comportements (Powell and Proulx 2003). Lors de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la dynamique des populations d'une de ces espèces, le Petit rhinolophe, en utilisant deux méthodes non-invasives : le comptage des adultes et des juvéniles, et un suivi individuel basé sur l'ADN extrait de guano récolté au sein des populations. Les comptages offrent une possibilité relativement peu couteuse d'obtenir des jeux de données de larges dimensions, spatialement et temporellement. Nous avons déjà mentionné l'importance de la taille de ces jeux de données qui permet de les analyser avec une puissance statistique suffisante et de limiter le bruit environnemental (Jonzén et al. 2002; Frederiksen et al. 2014). Constituer un tel jeu de données peut être un défi considérable pour un organisme de recherche seul, puisqu'il demande une planification sur du long-terme et des moyens humains suffisants. Cependant, la France comme de nombreux autres pays abrite de nombreux organismes, associatifs ou non, dédiés à l'observation et au suivi des populations, qui accumulent ce type de
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données sur des protocoles standardisés au fil des années. Ainsi, les données de comptages collectées en Bretagne nous ont permis d'étudier l'impact des variations climatiques et du paysage sur les tailles des colonies et sur la fécondité, mais aussi l'impact du paysage sur les tendances démographiques de chaque population, cohérent avec les résultats obtenus par la génétique non-invasive. La grande variabilité de climats entre les comptages et de paysages entre les colonies nous ont permis de détecter un effet significatif de pas moins de 9 variables climatiques et 5 variable paysagères. Les données de comptages collectées dans chaque région de France, de Belgique et d'Allemagne nous ont également permis d'estimer la connectivité des populations que nous avions échantillonné. Ceci illustre que les données de comptage sont des données extrêmement précieuses, et que les organismes qui les fournissent sont essentiels aux avancés de la biologie de la conservation (Rich 2006; Asher et al. 2011).
Distinguer différentes classes d'âges avec la génétique non-invasive
Le fait de baser nos études sur des colonies de maternité nous a permis de nous intéresser à la fécondité et de différencier les survies adultes et juvéniles dans nos populations. Cela implique de différencier les juvéniles des adultes au sein de la population, ce qui peut se faire relativement facilement lors des comptages, mais qui est beaucoup moins simple avec des données génétiques (Gervasi et al. 2017). L'assignation de parenté peut être utilisée pour estimer la classe d'âge des individus, mais nécessitent souvent des informations complémentaires (Marucco et al. 2012). Dans notre cas, en différenciant des sessions pré-reproduction et post-reproduction, nous avons ainsi pu assigner l'état de juvénile ou de mère à certains individus, avec certaines limites. Tout d'abord, assigner des individus à ces états nécessitent la détection de la mère et du juvénile. La probabilité de détection des juvéniles étant particulièrement basse, nous n'avons donc placé aucun à priori concernant la proportion d'individus non assignés dans nos modèles. Les postériors de nos modèles implique que 54% des individus mères ont été effectivement assignés comme mère par la méthode d'assignation de parenté, et que 35% des individus juvéniles ont été correctement assignés. La différence entre ces deux valeurs vient du fait que le calcul de la proportion de mères est conditionné par la recapture des individus après la naissance des juvéniles (voir construction du modèle, Appendix D). Une autre limite de cette méthode est la possibilité que des femelles adultes, détectées uniquement après la naissance des juvéniles, soient faussement assignées en tant que juvénile si leurs propres mères sont toujours en vie et dans la colonie. La forte philopatrie des femelles rend ce scénario possible, notamment pour la première année d'échantillonnage, mais le fait de répéter cet échantillonnage au fil des années rend la probabilité qu'une femelle adulte soit considérée comme juvénile potentiel de
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moins en moins probable, et nous avons considéré dans nos modèles que la probabilité de ce scénario ne dépassait pas 5%. Une manière de le vérifier consiste à observer le sex-ratio des juvéniles : si celui-ci est largement biaisé en faveur des femelles et diminue avec le temps, alors on peut considérer qu'une part non-négligeable des juvéniles sont en fait des adultes mal assignés. Le sex-ratio des juvéniles (Figure 20) est effectivement biaisé en faveur des femelles, et ne montre pas de rééquilibrage avec le temps, mais plutôt un pic de présence des mâles en 2015. Chez les chauves-souris européennes, les individus femelles naissent plus tôt que les mâles (Barclay 2012), et les échantillonnages post-naissances, effectués autour du 15 juillet, contiennent donc potentiellement (i) plus de guano issu de juvéniles femelles que de mâles et (ii) des guanos plus gros de la part des juvéniles femelles que des mâles, et qui contiennent donc plus d'ADN et sont moins sujet aux erreurs de génotypage. Cette hypothèse est appuyée par le pic de sex-ratio observé en 2015, l'année la plus sèche des quatre années d'échantillonnage, car le manque de précipitations provoque une mise-bas plus précoce chez les chauves-souris (Grindal et al. 1992).
Figure 20 : Sex-ratio des individus assignés comme juvéniles selon les années.
Ce sex-ratio remet cependant en question une autre hypothèse formulée dans notre modèle de population intégré: le nombre de femelles juvéniles utilisé pour la partie "état-espace" du modèle est estimé à partir du nombre de juvéniles observés visuellement, que nous avons divisé par deux, car le sex-ratio des juvéniles est équilibré au moment de l'envol (Gaisler 1966). Nous
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avons en effet considéré que les comptages, effectués à la fin de la période d'échantillonnage, reflétaient probablement un sex-ratio plus proche de celui du moment de l'envol que celui observé dans les échantillons génétiques, qui traduisent aussi bien des différences de tailles que de présence et qui sont influencés par le sex-ratio pendant l'ensemble de la période d'échantillonnage. Nous aurions pu éviter les désagréments de cette hypothèse imparfaite en estimant directement le nombre de juvéniles à partir des échantillons génétiques (et donc, sexés) via la méthode de CMR unisession utilisée sur les adultes femelles. Dans notre cas, nous n'avons cependant pas pu utiliser cette méthode étant donné le faible nombre d'échantillons assignés comme juvéniles, qui découle directement de la faible probabilité de détection des juvéniles dans le cadre de notre échantillonnage. Nous encourageons cependant ceux intéressés par l'utilisation de l'IPM à base de données de génétique non-invasive d'utiliser exclusivement les données d'estimation de taille issues de ces données lorsque cela est possible.
Ce que nous a apporté la génétique non-invasive : le Petit rhinolophe et au-delà
Au vu des résultats déjà offerts par les comptages, et des contraintes évoquées pour la génétique non invasive, quel est l'apport réel de cette deuxième méthode ? La question est légitime car si la récolte d'échantillons n'est pas beaucoup plus contraignante que le comptage, le matériel nécessaire à l'extraction de l'ADN et au génotypage implique des coûts financiers plus élevés, et les données issues de génotypage un temps d'analyse plus conséquent (dans le cas de notre étude, 7,25€ par échantillon, et environ un mois et demi de travail pour obtenir les génotypes d'une année d'échantillonnage). Il convient tout d'abord de dire que si l'ADN est un marqueur universel, le comptage et de manière plus générale le suivi visuel des individus peut être très compliqué chez certaines espèces, où il sera plus facile de collecter des épreintes, des poils ou des plumes, justifiant l'utilisation de données génétiques (Arandjelovic et al. 2011). Les comptages peuvent également fournir des résultats très biaisés (Gervasi et al. 2016). Ce ne semble cependant pas être le cas du Petit rhinolophe, qui se rassemble en colonies à intervalle régulier, facilitant son comptage.
A l'aide d'un marqueur sexuel approprié, la méthode de génétique non-invasive permet de s'intéresser au sex-ratio des populations, voire aux différences comportementales entre les sexes. Le Petit rhinolophe ne présente pas de dimorphisme sexuel morphologique assez marqué pour pouvoir différencier les mâles des femelles lors de simple comptages. La présence, même réduite, de mâles dans les colonies de maternité était déjà connue (Gaisler 1966; Schofield 1996), mais les comptages effectués ont toujours été considérés comme quasiment
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exclusivement composés de femelles. Grâce à un échantillonnage non-invasif, effectué sur de longue périodes (10 jours), nous avons pu observer que les mâles sont effectivement présents dans des proportions qui peuvent être très différentes selon les colonies, mais aussi que leur présence dans les colonies n'est qu'occasionnelle. Nos résultats ont donc montré que les comptages effectués sont bien représentatifs du nombre de femelles, comme supposé, mais légèrement biaisé vers le haut pour certaines colonies. La génétique non invasive permet cependant d'estimer le nombre d'individus via des méthodes de CMR unisession, basées sur le nombre de recaptures de chaque génotype. Nous pouvons alors estimer la taille d'une population en s'affranchissant du biais dû au nombre de mâles, et en ne considérant que les individus femelles. Les données de génétique, associées à la procédure d'assignation de parenté décrite plus haut, nous ont également montré que la probabilité de détection dépendait du statut reproducteur, avec des implications directes sur les à priori des modèles de CMR utilisés par la suite. Ces différences de probabilité de capture sont très certainement dues à des différences comportementales qui impliquent que les mères passent plus de temps au sein des colonies que les autres femelles. Ces différences pourraient également avoir des implications sur les comptages effectués dans les colonies, notamment sur l'estimation de la fécondité par comptage, mais nous n'avons cependant pas exploré plus en détail cet aspect dans le cadre de cette thèse. Ces résultats illustrent que les données génétiques permettent d'explorer de nombreuses manières l'histoire de vie et le comportement des individus, et ne sont que des exemples des informations que le génotypage peut nous apporter dans ce domaine. D'autres travaux ont ainsi démontré l'impact de la présence d'individus d'apparentés sur le comportement de chasse à l'aide de la reconstruction de pedigree complet (Rossiter et al. 2002), ou ont exploré la distance de dispersion des individus à l'aide de méthodes d'assignation de population (Proctor et al. 2002). Les espèces les plus sensibles peuvent supporter particulièrement mal les prélèvements de sang ou d'échantillons fournissant des génotypages de meilleure qualité, mais nos résultats montrent que la génétique non-invasive peut également fournir ce genre d'informations nécessaires pour une meilleure compréhension du fonctionnement des populations sauvages.
Concernant l'impact de l'environnement sur les populations, un objectif majeur de cette thèse, la génétique non invasive nous a permis d'estimer directement les taux vitaux de ces populations et de chercher l'effet de l’environnemental sur leur variation. Dans le cas de notre étude, nous avons ainsi pu confirmer que l'impact négatif des cultures sur la croissance des populations venait de la survie juvénile, ce qui n'était qu'une hypothèse fournie par les comptages. Peu de
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variables ont été testées sur notre jeu de données de génétique non-invasive, étant donné le faible nombre de colonies et le manque de variabilité entre elles, et nous n'avons pas trouvé d'impact du paysage qui n'ait pas déjà été suggéré par les données de comptages. Les méthodes statistiques utilisées sur le jeu de données de génétique non invasive ne sont pas optimales, car la répétition des analyses sur plusieurs modèles linéaires n'est pas conseillée sur un jeu de données si réduit (Forstmeier et al. 2016). Etant donné la quantité de travail nécessaire à l'obtention des données de génétique non-invasive, il est difficile d'imaginer des jeux de données génétiques avec une taille équivalente à ceux obtenus via des comptages à grande échelle, cependant cela ne signifie pas qu'il est impossible d'étudier l'impact de l'environnement de manière fiable à partir ce type de données. En effet, il est possible d'estimer l'impact des variables environnementales en incluant directement l'effet de l'environnement dans les modèles estimant les taux vitaux ou autres paramètres (Letcher et al. 2015). Chacun de nos modèles mettant un temps non-négligeable à tourner (autour d'une semaine pour chaque combinaison de variables environnementales testées), nous n'avons cependant pas pu mettre en pratique cette méthode avant la fin de cette thèse, mais nous espérons pouvoir le faire dans un avenir proche. Le fait de pouvoir distinguer les taux vitaux des populations sensibles ouvrent de grandes perspectives pour la biologie de la conservation en général. Ces informations sont très précieuses pour comprendre les mécanismes impliqués dans l'impact de l'environnement sur la dynamique des populations sauvages (Benton et al. 2006) et adapter les mesures de conservation en fonction. Distinguer les taux vitaux et en extraire le taux de croissance nous a également permis de détecter un effet Allee dans nos populations, que nous n'avions pas observé à l'aide des comptages seuls.
Enfin, la génétique des populations offre des informations extrêmement pertinentes dans le cadre de la biologie de la conservation d'une espèce sensible. Maintenir la diversité génétique d'une population est essentielle pour son maintien à long terme (Reed and Frankham 2003), et les données de génétique non-invasive récoltées à grande échelle nous ont permis d'étudier l'origine de la chute de la diversité génétique de certaines populations. Si la taille d'une population joue beaucoup sur sa diversité génétique, au moins parce qu'un grand nombre d'individus implique un plus grand nombre d'allèles possibles, les populations de petits rhinolophes offrent un très bon exemple de la sensibilité de cette diversité à d'autres paramètres (goulots d'étranglement et d'isolement). En révélant la diversité génétique des populations, les données de génétique permettent donc de déterminer plus efficacement que les simples comptages quelles sont les populations avec les plus forts enjeux de conservation, et de prioriser
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la gestion des populations. La distance génétique (FST) entre les populations nous donne
également beaucoup d'informations sur les flux de gènes entre les populations, et leur sensibilité à la distance géographique (Rousset 1997). Nous avons même pu utiliser ces résultats pour estimer la distance de dispersion efficace ainsi que la distance de dispersion maximale du Petit rhinolophe, et obtenu en une année des résultats qui concordent avec des données de baguage récoltés pendant 25 ans, durant laquelle seul un individu fut recapturé à 80 km du lieu du baguage (Fairon 1967). La génétique des populations offre une pléiade d'analyses permettant de mieux comprendre le fonctionnement des populations sauvages et utilisée dans le cadre de la conservation : assignations de populations, structuration génétique des métapopulations, sensibilité à la sélection naturelle, etc. La génétique non-invasive nous offre donc la possibilité d'obtenir des informations variées sur les espèces les plus sensibles, sans pour autant nuire aux individus étudiés.
Perspectives
Perspectives pour la conservation du Petit rhinolophe
La forêt est un milieu fournissant de nombreux services écosystémiques (production de bois, fixation du carbone, etc.), dont l'efficacité dépend largement du niveau de biodiversité présent dans cet écosystème (Mori et al. 2017). Les chauves-souris sont des espèces bio indicatrices et participent au bon fonctionnement de l'écosystème forestier (Jones et al. 2009; Kunz et al. 2011). Leur conservation peut donc être considérée comme un enjeu capital. Le Petit rhinolophe est une espèce fragile, qui a déjà subi un fort déclin au cours du siècle dernier (Bontadina et al. 2000), et pour laquelle les changements climatiques à venir vont très certainement entrainer un changement massif dans son aire de distribution, avec notamment une remontée de cette espèce vers le nord (Rebelo et al. 2010). Mais quelle place y-a-t-il pour le Petit rhinolophe plus au nord ? Dans le cas de la France, la diversité génétique des populations les plus nordiques semble suffisante pour éviter l'extinction des populations à long terme. Cependant, les forêts situées au nord de la limite de de distribution actuelle du Petit rhinolophe en France sont peu nombreuses et très éparses (Figure 21), fournissant très peu d'opportunités de recolonisation pour cette espèce dépendante des forêts et avec une dispersion limitée. Ceci explique très certainement, au moins en partie, le fait qu'aucune preuve de recolonisation n'ait été observée en France, alors que le Petit rhinolophe commence à recoloniser certaines régions allemandes, plus boisées (Biedermann et al. 2012). Toute recolonisation du milieu ne pourra se faire que de manière très progressive, et ce pour différentes raisons. Le Petit rhinolophe présente des distances de
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dispersion très réduites, et aura donc des difficultés à coloniser de lui-même des patchs forestiers trop éloignés (Nichols and Hewitt 1994). La présence d'un effet Allee implique également qu'un nombre suffisant d'individus sera nécessaire dès l'établissement de nouvelles colonies, afin d'éviter l'extinction rapide des populations (Stephens and Sutherland 1999). La colonisation d'un milieu particulièrement isolé du reste des colonies est donc peu probable, mais pas impossible, et la présence de telles colonies a été observée lors de notre échantillonnage effectué à l'échelle européenne, notamment en Belgique et en Allemagne. Il s'agit cependant des colonies avec les plus faibles diversités génétiques que nous ayons observées, à tel point que plusieurs cas d'albinisme, signe de consanguinité dans les populations sauvages (Bensch et al. 2000), ont été avérés dans au moins une de ces populations (Nyssen P. – communication personnelle), ce qui ne facilitera certainement pas leur conservation à long terme. De futurs plans de conservation devront donc porter une attention toute particulière pour assurer une connectivité suffisante entre les colonies.
Les résultats observés pendant cette thèse concernant l'impact de l'environnement sur la dynamique des populations du Petit rhinolophe nous fournissent un cadre permettant de
Proportion de forêt (%)
Figure 21 : Carte des forêts européennes incluant la limite de la distribution du Petit rhinolophe en Europe en 2000 (ligne pleine) et en 1939 (ligne pointillée),
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favoriser la présence de populations de grande taille ainsi que des taux de croissance suffisants. Favoriser la présence de gîtes dans un environnement de qualité est une méthode de conservation des chauves-souris forestières reconnue, mais s'axe généralement sur les cavités naturelles présentes dans les arbres, qui servent de gîtes à de nombreuses espèces de chauves-souris forestières, ou sur la pose de nichoirs spéciales destinées à accueillir ces chauves-chauves-souris (Boye and Dietz 2005). Dans le cas du Petit rhinolophe, les gîtes de maternité nécessitent la présence d'un bâtiment pour lesquelles une pièce, typiquement greniers ou combles, offre un accès en vol vers l'extérieur. Ce type de gîte ne s'aménage donc pas aussi facilement qu'un nichoir, et connaitre l'environnement qui favorise la taille et la dynamique des colonies permet de prioriser les actions d'aménagement de ces sites et d'éviter de gaspiller des ressources à aménager des gîtes dans des lieux qui n'ont qu'un faible potentiel. Nos résultats montrent donc que les sites les plus propices à accueillir de grandes populations croissantes sont des gîtes