Stage M2: Création de zones protégées : implications pour le maintien écologique et évolutif des communautés
Structure d’accueil : Institut d’Écologie et des Sciences de l’Environnement Paris
Responsables du stage :
Nom : Nicolas Loeuille, Jean-Christophe Poggiale et Théo Villain
Email : nicolas.loeuille@sorbonne-universite.fr, jean-christophe.poggiale@univ-amu.fr, theo.villain@ens-paris-saclay.fr
Contexte scientifique :
La création d’aires protégées est actuellement un outil incontournable pour la gestion du futur de la biodiversité. En contexte terrestre, la création de réserves naturelles interconnectées est un outil efficace pour maintenir la diversité à différentes échelles (Brennan et al. 2022). Dans le cadre des pêches, la mise en place d’aires marines protégées peut théoriquement permettre de concilier efficacement le maintien de communautés marines diverses et fonctionnelles et l’activité économique de pêche (Cabral et al. 2020). Cette conciliation est cependant mise à mal par des niveaux de protection parcellaires et hétérogènes (Dureuil et al. 2018). Une question importante concerne de fait le design optimal de ces zones protégées (Gaines et al. 2010). Les travaux sur cette question ignorent généralement les aspects réseaux (métacommunautés) ainsi que les aspects évolutifs. La mise en place de réserve crée de fait un changement dans l’hétérogénéité spatiale des conditions de sélection naturelle, ce qui peut mener à des changements dans l’évolution de la dispersion (Hastings 1983, Parvinen et al. 2020). Comme l’effet des zones protégées, tant en termes de conservation (effet “connectivité) qu’en terme de bénéfices dans le cadre des pêches (effet “spillover”) dépend de l’export d’individus, et donc de la dispersion, ces évolutions sont susceptibles de changer largement l’efficacité de la mise en place de telles zones. Selon les taux de dispersion des espèces (et donc des flux de gènes entre les différentes zones), les effets de certaines topologies de protection peuvent donc être très différents, et influencer les dynamiques éco-évolutives (Calcagno et al. 2022).
Objectif du stage et méthodologie employée :
L’objectif du stage est de comprendre, à l’aide de modèles mathématiques et de simulations, comment l’architecture spatiale des zones protégées influence les dynamiques écologiques et évolutives des espèces et contraint le maintien de la diversité et du réseau d’une part, et l’évolution de la dispersion de l’autre. L’architecture spatiale sera ici contrainte par deux variables (i) la proportion de l’espace protégé vs non protégé; (ii) le niveau de cette protection (forte vs faible). Un premier modèle purement écologique, cherchera à établir des scénarios permettant une bonne durabilité écologique du système (diversité, intégrité du réseau, résilience). L’étudiant.e développera un modèle spatialisé de métacommunauté, dans lequel certaines zones seront protégées et d’autres exploitées. Des scénarios d’évolution de la dispersion seront ensuite considérés. La topologie des zones de protection conditionne spatialement les pressions de sélection et on questionnera alors leur influence sur l’évolution de la dispersion. Du point de vue écologique, on s’attend à ce que des zones protégées permettent d’améliorer l’intégrité et la résilience totale du système lorsque l’espace protégé est suffisamment important et que le niveau de protection est fort. Cependant, du point de vue évolutif, ces mêmes conditions pourraient mener à une contre-sélection de la dispersion (Hastings 1983, Parvinen et al. 2020), ce qui pourrait réduire certains bénéfices. Un compromis entre forces écologiques et évolutives peut donc émerger dans le contexte considéré.
Bibliographie :
Brennan et al. 2022. Functional connectivity of the world’s protected areas. Science, 376(6597), 1101-1104
Dureuil et al. 2018. Elevated trawling inside protected areas undermines conservation outcomes in a global fishing hot spot. Science, 362(6421), 1403-1407
Cabral et al. 2020. A global network of marine protected areas for food. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(45), 28134-28139.
Calcagno et al. 2022. Coevolution of species colonization rates controls food-chain-length in spatially structured food webs. bioRxiv Oct 2022
Gaines et al. 2010. Designing marine reserve networks for both conservation and fisheries management PNAS, 107(43), 18286-18293
Hastings, A. 1983. Can spatial variation alone lead to selection for dispersal?. Theoretical Population Biology, 24(3), 244-251.
Parvinen et al. 2020. Evolution of dispersal in a spatially heterogeneous population with finite patch sizes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(13), 7290-7295.
Profil souhaité
Ce stage est proposé dans le cadre d’un M2 soit master Biodiversité Ecologie Evolution avec une forte composante théorique, ou d’un master en mathématiques appliquées ou modélisation. Le stage commencera en janvier 2024 et peut durer jusqu’à 6 mois. Pour candidater, merci de contacter les trois encadrants.
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