Estimation and analysis of effective size in age- and stage-structured populations
Estimation et analyse de la taille efficace de populations structurées en classes d'âge ou en stades
Résumé
Effective population size Ne is a central parameter in evolutionary and conservation biology and can be estimated with demographic- and genetic-based methods. The objective of this thesis was to analyze the effects of life-history on Ne in species with overlapping generations using demographic models. One demographic and two genetic estimators were used to derive Ne in the endangered perennial plant Eryngium alpinum. The three methods gave considerably different estimates. The differences could be attributed to the difficulty in obtaining al the necessary data needed in the demographic model, but also to the reduced precision of genetic estimators when dealing with small genetic sample sizes. Demographic models nonetheless permitted identifying the effect of lifehistory on Ne through elasticity and sensitivity analyses. Numerical elasticity was employed to study the effect of stage-specific vital rates on Ne in E. alpinum and the endangered perennial plant Dracocephalum austriacum. The derived elasticity patterns were often, but not always, similar in populations with comparable demography. One demographic model was then analysed in detail to derive analytically an expression for the sensitivity of Ne/N to age-specific vital rates. This expression was used to study Ne/N in three species differing in their survivorship curves (humans, sparrows and barnacles). In this way, the differences in the sensitivity patterns among the three species could be attributed to specific components of the life-cycle. This thesis demonstrates that demographic models are powerful methods to understand the effects of the life-history on Ne and could be useful tools to complement genetic estimators when sufficient ecological and demographic data are available. The next step will be to generalize the observed elasticity and sensitivity patterns using a comparative approach on a large number of populations, which will be possible thanks to the quick accumulation of large amounts of demographic and genetic data on a great number of species.
La taille efficace des populations, Ne, est un paramètre central en biologie de la conservation et en biologie évolutive et peut être estimée avec des méthodes démographiques et génétiques. L'objectif de cette thèse a été l'analyse des effets de l'histoire de vie sur Ne dans des espèces à générations chevauchantes en utilisant des modèles démographiques. Un modèle démographique et deux estimateurs génétiques ont été utilisés pour dériver Ne dans des population d' Eryngium alpinum, une plante pérenne et menacée. Les trois méthodes ont donné des estimations considérablement différentes. Les différences ont pu être attribuées à la difficulté d'obtenir toutes les données nécessaires au modèle démographique, mais aussi à la faible précision des estimateurs génétiques quand ils sont appliqués à des jeux de données limités. Les modèles démographiques ont cependant permis l'identification des effets de l'histoire de vie sur Ne à travers des analyses de sensibilité et d'élasticité. L'élasticité numérique a été utilisée pour étudier les effets sur Ne de taux vitaux stadespécifiques dans E. alpinum et dans Dracocephalum austriacum, une plante alpine pérenne et menacée. Les patrons d'élasticité dérivés étaient souvent, mais pas toujours, similaires dans des populations à démographie comparable. Ensuite, un modèle démographique a été analysé en détail pour dériver analytiquement une expression pour la sensibilité de Ne/N aux taux vitaux âgespécifiques. Cette expression a été utilisée pour étudier Ne/N dans trois espèces qui diffèrent dans leur patron de courbe de survie (humains, bruants et balanes). Les différences des patrons de sensibilité entre ces trois espèces ont pu être ainsi attribuées à des composantes spécifiques du cycle de vie. Cette thèse montre que les modèles démographiques sont des méthodes utiles pour comprendre les effets de l'histoire de vie sur Ne et qu'ils pourraient être des outils puissants pour complémenter les estimateurs génétiques quand des données écologiques et démographiques sont disponibles en quantité suffisante. L'étape suivante sera la généralisation des patrons de sensibilité et d'élasticité observés en utilisant une approche comparative sur un grande nombre de populations, ce qui sera possible grâce à la rapide accumulation de grandes quantités des données démographiques et génétiques sur un grand nombre d'espèces.