Métapopulation

Résumé

En écologie, le concept de métapopulation désigne un ensemble de populations d'individus d'une même espèce séparées spatialement ou temporellement, mais interconnectées par la dispersion. Ces populations occupent des parcelles d'habitat de qualité variable et, à tout moment, certaines parcelles peuvent être disponibles et inoccupées. La zone intermédiaire, appelée la matrice de l'habitat, est vue comme inutilisable, mais peut être traversée. Origine du concept Ce concept est apparu pour la première fois dans la littérature écologique en 1969. Il fut formulé par le mathématicien Richard Levins à la suite de ses travaux sur un modèle de dynamique de populations d'insectes nuisibles à l'agriculture. Par la suite, de nombreux écologues reprirent et approfondirent ce concept, notamment pour l'étude de populations soumises à la fragmentation écopaysagère, en l'adaptant aussi bien à la vie marine que microbienne, tel l'écologiste finlandais Ilkka Hanski. Caractérisation d'

Source officielle

https://fr.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9tapopulation

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The course will provide the ecological systems' knowledge needed to question applied sustainability solutions. We will critically assess the complexity of current environmental issues, illustrating basic ecological concepts and principles.

Le cours traite les interactions entre l'hydraulique, le transport solide par charriage et l'espace cours d'eau à l'origine de la morphologie et de la richesse des habitats. La théorie de régime est présentée et l'évaluation de la qualité des habitats d'un cours d'eau est effectuée.

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L'exploration humaine de l'espace n'en est qu'à ses débuts, et depuis le premier vol de Gagarine en 1961, le temps de vol des astronautes n’a cessé d’augmenter. Depuis le début des années 2000, une nouvelle ère s'est ouverte avec l'arrivée d'entreprises privées dans le secteur spatial, le développement par la Chine d'un programme habité et un retour sur la lune prévu pour 2023. Divers projets sont actuellement en cours de développement, tels que des bases lunaires et stations spatiales. Ces projets impliquent de bien comprendre l'impact des facteurs environnementaux sur les astronautes ainsi que l’influence de la psychologie sur le succès d’une mission. En outre, un nouveau type de logement et un nouveau type d'architecture émergent de ces projets. La plupart des précédents vaisseaux habités étaient conçus sans vision architecturale, même s'ils peuvent être considérés comme de véritables logements puisque des personnes peuvent y vivre pendant plus d'un an. Pour réussir de telles aventures, des recherches doivent être menées sur terre sur ces sujets. L'isolement à long terme, l'absence de lumière naturelle et les environnements exigus sont des facteurs très stressants pour les équipages. Pour ce faire, des missions analogues sont menées et nécessitent des espaces spécialement conçus, capables d'émuler certaines conditions similaires aux vols spatiaux. Le présent projet tente de répondre à ce besoin et d'aborder une réflexion architecturale autour de l'habitat spatial.

2021

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Climate change threatens biodiversity and species distribution all over the world at unprecedented rates. Human induced changes to landscape structure and habitat are redefining the relation between species and their environment. Understanding, characterizing and modeling the relation between complex landscape features and geographical species presence, the subject of this thesis, have thus gained paramount importance in order to make informed decisions on near- and far-term management strategies for species and landscape protection. The present thesis pays particular attention to the understanding of how mountain landscapes, described as heterogeneous habitat matrices, govern the presence of a species in space and time. To this end, throughout this thesis a metapopulation model is considered, a spatially-explicit model based on the balance between colonization and extinction events in areas of different suitability. The classical patch-based modelling approach is extended here in various ways in order to incorporate landscape-explicit information about the habitat matrix. A first theoretical study is performed on geometric, realistic, and real landscapes which highlights how different levels of connectivity, the degree to which different areas of similar habitat are actually linked together in the landscape (say, derived from geomorphic structures, such as valleys and peaks or emerging structures shaped by fluvial erosion and tectonic uplift) impact the dynamic of mountain species under climate change. A second, applied, study investigates how different landscape descriptors derived from Earth Observation data can be used in order to dynamically model the spatial, landscape-explicit, presence of two carabid species (Pterostichus flavofemoratus and Carabus depressus) in the Gran Paradiso National Park. In a final study, the consistency of the metapopulation model is investigated when considering different resolutions of the landscape matrix, i.e. different levels of coarse-graining. This last part is fundamental to the understanding of how conclusions drawn from local studies can be made general and extrapolated to larger regions. Overall, this thesis bridges the fields of population and landscape ecology, focusing on modelling metapopulation dynamics in complex landscapes seen as the substrate for ecological interactions. The result from the three studies show that metapopulation ecology can profit from the insights of landscape ecology. The combination of the two fields can be a useful tool in furthering the understanding and monitoring of mountain species.

EPFL2020

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Extinction, recolonization and local adaption are common in natural spatially structured populations. Understanding their effect upon genetic variation is important for systems such as GMO management, or avoidance of drug resistance. Theoretical studies on the effect of extinction and recolonization upon genetic variance started appearing in the 1970’s, but the role of local adaption still has no good theoretical basis. Here we develop a model of a haploid species in a metapopulation in which a locally adapted beneficial allele is introduced. We study the effect of different spatial patterns of local adaption, and different metapopulation dynamics, upon the fixation probability of the beneficial allele. Controlling for the average selection pressure, we find that a small area of positive selection can significantly increase the global probability of fixation. However, local adaption becomes less important as extinction rate increases. Deme extinction and recolonization has a spatial smoothing effect which effectively reduces spatial variation in fitness.

2008

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EPFL2020