Characterisation of the interactions between population structure and life history
Caractérisation des interactions entre la structure de population et l'histoire de vie
Résumé
Population structure influences importantly population growth rate and their ability to cope with environmental variations. Indeed, it determines the proportion of individuals who contribute to produce new generations as well as the intensity of competitive and cooperative social interactions. Using the common lizard (Zootoca vivipara, Jacquin 1787) as a model species, my work consists in the characterization of the relationship between population structure (in terms of cohorts, density and age and sex classes), life history and the dynamics of small isolated populations. To this aim, we combine experimental approaches in semi-natural conditions with modeling approaches using one-sex and two-sex age-structured population models. A critical review of the literature reveals that environmental variation can give rise to life-history differences among birth cohorts, or cohort effects, through its effects on individual quality and the intensity of intraspecific competition within and between cohorts. A first empirical study demonstrates that these three mechanisms generate life-history variation among cohorts, but also highlight the fact that direct effects of environmental variation on individual quality interact in a complex manner with indirect effects on the intensity of competition among individuals. During a second empirical study, we analyze the demographic processes and consequences of these competitive interactions. An elevation of density increases trophic competition and could induce hormonal responses to social stress, which reduce body growth and reproduction. A stochastic model demonstrates that this density dependence of life history interacts with the stochastic fluctuations of sex ratio to shape extinction dynamics of small populations of lizards. These predictions will be completed by the analysis of a third empirical study involving a joint manipulation of population density and sex ratio. Our results, integrated in the broad context of population ecology, highlight the importance of taking into account population structure and life-history heterogeneities in order to draw accurate predictions of the fate of small populations and to develop efficient management policies.
La structure des populations influence de manière importante le taux de croissance des populations et donc leurs capacités à faire face à des changements environnementaux. En effet, elle détermine la part d'individus qui contribuent au renouvellement des générations ainsi que l'intensité des interactions sociales compétitives et coopératives. Utilisant le lézard vivipare (Zootoca vivipara, Jacquin 1787) comme modèle d'étude, mon travail de thèse consiste à caractériser la relation entre la structure de population (en termes de cohortes, densité et classes d'âge et de sexe), l'histoire de vie et la dynamique de petites populations isolées. Pour cela, nous combinons des approches expérimentales en conditions semi-naturelles à des approches théoriques utilisant des modèles populationnels à un et deux sexes structurés en classes d'âge. Une analyse critique de la littérature montre que la variabilité environnementale peut générer des différences d'histoire de vie entre cohortes de naissance, ou effets cohortes, à travers son influence sur la qualité des individus et sur l'intensité de la compétition intraspécifique au sein d'une cohorte et entre cohortes. Un premier travail empirique démontre que ces trois mécanismes induisent de la variation d'histoire de vie entre cohortes, mais met également en évidence que les effets directs de la variabilité environnementale sur la qualité des individus interagissent de manière complexe avec des effets indirects sur l'intensité de la compétition entre individus. Au cours d'une deuxième étude empirique, nous analysons les processus et conséquences démographiques de ces interactions compétitives. Une élévation de la densité augmente la compétition trophique et pourrait également induire des réponses hormonales au stress social, ce qui ralentit la croissance corporelle et la reproduction. Un modèle stochastique démontre que cette densité dépendance de l'histoire de vie interagit avec les fluctuations stochastiques du sexe ratio pour façonner la dynamique d'extinction des petites populations de lézards. Ces prédictions seront affinées par l'analyse d'une troisième étude empirique impliquant une manipulation conjointe de la densité et du sexe ratio de la population. Nos résultats, intégrés dans le contexte général de l'écologie des populations, soulignent l'importance de prendre en compte la structure de la population et l'hétérogénéité de l'histoire de vie pour établir des prédictions fiables sur le devenir des petites populations et mettre en place des mesures de gestion efficaces.
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