Evolutionary responses of natives to introduced species : what do

introductions tell us about natural communities?

Sharon Y. Strauss et al, Ecology Letters, 2006

Defne Arslan, M2 BEM

Reviews and Syntheses

Les invasions biologiques affectent la répartition, l’abondance et la reproduction des espèces indigènes

Évolution des espèces indigènes : modification des défenses contre la prédation, changement du spectre de ressources et d’habitats, et autres adaptations permettant à l’espèce indigène de persister dans une région envahie

La réponse évolutive de la population indigène dépend de son architecture génétique, de sa diversité génétique, de son histoire de vie, et l’impact démographique de l’espèce invasive

=> La population indigène peut ne pas évoluer ou ne pas s’adapter (extinction locale ou globale), ou peut coexister avec l’espèce invasive suite à des adaptations qui lui permettent de diminuer l’impact de l’invasion

S’il y a évolution, comment est-ce que les espèces indigènes évoluent face aux espèces invasives, et quelles sont les conséquences d’une telle évolution?

- Exemples d’adaptation (réponse évolutive) et de réponses évolutives génétiques des espèces indigènes

- Rôle de l’évolution des espèces indigènes dans le processus invasif

- Comment ces adaptations peuvent influencer la dynamique de la population

- Conséquences à long terme des réponses évolutives des populations indigènes

• Évolution face à la prédation

Comparaison des coquilles de deux mollusques marins, Nucella lapillus et Littorina littorea avant et après un phénomène d’invasion par un prédateur, le crabe vert :

N. lapillus : Augmentation de l’épaisseur de la coquille L. littorea : Pas de changement observé depuis 100 ansOr,-N. lapillus : Faible taux de dispersion -L. littorea : Flux de gènes élevé avec une population non

envahie=> Réponse évolutive pour faire face à la prédation en

augmentant l’épaisseur de la coquille=> La pression sélective et les réponses évolutives seront

annulées par les caractéristiques de la population non envahie pour L. littorea

Littorina littoreaNucella lapillus(Vermeij, 1982)

Modification des stratégies alimentaires d’éphémères face à une truite introduite (McIntosh & Townsend, 1994)

Les éphémères broutent les MPOs microscopiques présent sur les berges des ruisseaux.

Dans les ruisseaux où la truite est présente, elles sont activent la nuit et passivent la journée, alors que l’on observe le comportement inverse chez les éphémères des ruisseaux sans truite.

Évitement de la prédation => Réponse évolutive

Mêmes observations en laboratoire => Différences génétiques plutôt que plastiques

Nesameletus ornatusSalmo trutta

Évolutions génétiques du comportement, de la physiologie, de la morphologie et de l’histoire de vie de la punaise indigène, Leptocoris tagalicus, face à de nouveaux hôtes introduits en Australie et en Amérique du Nord, Koelreuteria et Cardiospermum :

Sur 100 générations, => Durée de fécondité doublée, écourtement du stade juvénile de 20%, avec 1/3 de plus de survie, augmentation de la taille des pièces buccales (fruits des invasifs plus petits, et préférés), évolution des fréquences de phénotypes « volants » et « non volants », et en même temps augmentation de la perte de performance sur les hôtes indigènes

• Évolution face à de nouveaux hôtes

• Évolution face à de nouveaux compétiteurs

L’introduction du meunier noir (Catostomus commersonii) dans les lacs a conduit à l’exclusion du saumon des fontaines (Salvelinus fontinalis)

Compétition pour le milieu benthique : 9,9% de saumon en sympatrie avec le meunier noir contre 41,3% en allopatrie

Polymorphisme trophique à la fois environnemental et génétique

Catostomus commersonii Salvelinus fontinalis

Proulx & Magnan, 2004, Bourke et al, 1999

Rouille vésiculeuse (Cronartia ribicola) du pin blanc, introduite dans le Nord Ouest Américain, en 1900 (Kinloch et al, 2003)

Suite à des vagues successives de l’épidémie depuis 1940, forte mortalité sur une grande région, et modification de la succession et d’autres processus écologiques

Toutefois, découverte d’une population résistante à la rouille dans l’Oregon, grâce au gène Cr2, plusieurs centaine de fois plus fréquent que dans la population affectée. Il apparaîtrait une co-évolution entre cette population et le pathogène, qui date de 1994

• Parasitisme et maladie

¾ des souris sauterelles (Onychomys leucogaster) du Colorado ont survécu à une infection expérimentale, contre seul ¼ de la population de Oklahoma

La malaria aviaire (Plasmodium relictum) à Hawaï, introduite avec l’introduction d’oiseaux et du moustique vecteur en 1825, a tué la plupart des oiseaux (introduits et indigènes) qui vivent à faible hauteur. Or deux espèces natives d’Hemignathus ont survécu.

Cette résistance serait une condition dérivée qui a évoluée sur 125-170 générations

La mortalité entraînée par l’introduction de la peste (Yersinia pestis) depuis l’Est Asiatique via le port de San Francisco en 1900, a mené à une résistance chez un rongeur du NO Américain. (Thomas et al, 1988)

Provient du fait qu’il n’y a pas eu de coévolution avec le serpent, et donc pas de défense appropriée contre ce dernier

Malgré l’élimination de ses proies, le serpent reste présent avec une forte densité (500 ind/km²), se nourrissant maintenant de lézards diurnes introduits

Or chez le serpent, on observe une modification de la taille corporelle et un comportement majoritairement diurne et terrestre depuis les années 80.

Évolution suite à l’extinction des proies endothermiques indigènes

Changement de la cascade trophique dans la population Intégration complète du serpent dans la population

indigène

Sur l’île de Guam: le serpent arboricole brun Boiga regularis, introduit en 1950, a éliminé presque la totalité des oiseaux et des chauves-souris natives

3 hypothèses pour expliquer le comportement envahisseur des invasifs dans leur nouvel habitat

• 1ère Hypothèse : lorsqu’une espèce indigène accroît son aire de distribution, elle peut se comporter comme une espèce invasive et dominer les autres indigènes en conduisant à des extinctions locales. Peu de différences entre le processus menant au succès d’une invasive que celui menant à l’expansion d’une aire d’une indigène

• 2ème Hypothèse : les forts impacts des invasions reflèteraient de nouvelles forces en cours

• 3ème Hypothèse : les combinaisons d’espèce créées du fait des activités humaines sont presque infiniment improbables

En conclusion…Les micro et macro évolutions peuvent avoir lieu en même

temps et sur une échelle de temps très courte

Élevée

Faible

Faible

Effet minimum

Réponse évolutive écologique importanteQuand les impacts écologiques affectent différentiellement les génotypes des natifs

Réponse évolutiveQuand les impacts écologiques affectent différentiellement les génotypes des natifs

Réponse écologique seulementModification de la taille de la population ou basculement de niche, mais les génotypes des natifs sont affectés de manière égale

Fort

Impact écologique de l’espèce invasive

Taille de la population indigène ou variabilité génétique

Forte sélection de la part de l’espèce invasive :

L’indigène doit évoluer pour minimiser l’impact de l’invasion Peu de données à long terme de cet impact démographique pour évaluer l’effet à long terme de l’invasif sur la persistance de l’indigène

taille de la population variabilité génétique à un niveau trop faible pour des réponses évolutives d’adaptation ou de compensation

La structure de la population indigène influence la probabilité d’apparition d’une réponse évolutive :

Les flux de gènes entre une population indigène subissant une invasion et une autre sans invasion, gênent les impacts des invasifs, en favorisant une réponse évolutive, et en assurant une persistance jusqu’à une mutation favorable ou en facilitant la dispersion d’allèle avantageux de populations adaptées

Une histoire de vie commune ou pas, influence l’impact de l’invasion :

Une sélection ancienne par des espèces phylogénétiquement ou fonctionnellement similaires peut faciliter une réponse appropriée chez l’indigène. Les espèces invasives les moins reliées aux indigènes, auront des impacts plus importants car ils représentent une totale nouvelle menaceL’évolution et la coévolution entre l’espèce indigène et invasive est importante dans les dynamiques d’espèces et dans les impacts écologiques

La plasticité fournit des moyens importants de réponse à la nouvelle sélection :Elle tamponne les indigènes face à la réduction de la variabilité génétique. Elle peut être elle-même sous sélectionnée par les invasifs