Introduction strategies for organisms in spatially structures environments
Stratégies d'introduction d'organismes dans un environnement spatialement structuré
Résumé
Establishment is an important stage of biological invasions, which corresponds to the
formation of a persistent population in the introduction area. It is not trivial, as introduced
populations are often small, and subject to various specific mechanisms, which increase
extinction risks. The spatial structure of the introduction area, which is usually a heterogeneous
mosaic of habitat patches called a “landscape”, can interact with those mechanisms and impact
the introduced population persistence. This thesis objective is to study the interaction between
this spatial structure and those mechanisms, as well as their impact on establishment. On the
one hand, we used stochastic models to simulate invasions and formulate predictions. On the
other hand, we tested these predictions by performing artificial introductions of Trichogramma
chilonis in laboratory microcosms. We were able to identify the impact of the introduction site
connectivity, which could decrease establishment probabilities at a local level by increasing the
emigration rate from the introduction site, and increase establishment at the landscape level by
increasing the colonisation rate of other patches in the introduction area. At the landscape level,
we identified the impact of hubs, i.e. patches concentrating dispersal fluxes. They strongly
increased colonisation speed, but also decreased establishment. We also evidenced an
interaction between dispersal and the spatial distribution of resources in the landscape. The
clustering of resources increased establishment, while its scattering increased colonization. Our
results show that introduced population dynamics are highly sensitive to their size. The
stochastic nature of the life histories of few individuals greatly impacts local establishment, as
well as dispersal and colonization outside of the introduction site.
L’établissement est une étape importante dans le déroulement d’une invasion biologique.
Il correspond à la formation d’une population pérenne dans l’aire d’introduction. Cette étape
n’est pas triviale, car les populations introduites ont généralement des effectifs faibles, et sont
sujettes à plusieurs mécanismes démographiques spécifiques augmentant leurs risques
d’extinction. La structure spatiale de l’aire d’introduction, souvent une mosaïque hétérogène de
patchs d’habitat appelée « paysage », peut interagir avec ces mécanismes et affecter la
persistance de la population introduite. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’interaction entre
cette structure spatiale et ces mécanismes, ainsi que leur impact sur l’établissement. Les
recherches entreprises ont été conduites d’une part en utilisant des modèles stochastiques afin
de simuler des invasions et faire émerger des prédictions, et d’autre part en testant
expérimentalement ces prédictions grâce à des introductions artificielles de Trichogramma
chilonis en microcosmes de laboratoire. Les travaux présentés ici ont permis d’identifier un
effet fort de la connectivité du site d’introduction, qui peut diminuer les chances d’établissement
au niveau local en favorisant l’émigration depuis le site d’introduction, et augmenter les chances
d’établissement à un niveau plus large en permettant la colonisation d’autres patchs dans l’aire
d’introduction. Au niveau du paysage, nous avons identifié l’impact des hubs, des patchs
concentrant les flux de dispersion, qui accroissent fortement la vitesse de colonisation, au prix
d’une diminution du taux d’établissement. Nous avons également mis en évidence une
interaction entre la dispersion et la répartition spatiale de la ressource dans le paysage.
L’agrégation de la ressource favorisait l’établissement, tandis que sa dissémination à travers le
paysage favorisait la colonisation. Nos résultats démontrent que la dynamique des populations
introduites est très sensible à leur taille, et que le caractère aléatoire des histoires de vie d’un
faible nombre d’individus a un fort impact, non seulement sur l’établissement local, mais aussi
sur la colonisation au-delà du site d’introduction.