Variation du succès de reproduction chez le fou de bassan et coûts physiologiques associés : l'importance de la flexibilité phénotypique

Pelletier, David (2023). Variation du succès de reproduction chez le fou de bassan et coûts physiologiques associés : l'importance de la flexibilité phénotypique. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 272 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Les changements globaux tels que la surpêche et les changements climatiques affectent les écosystèmes marins. Ils sont impliqués dans la réduction des stocks de poissons pélagiques, ce qui nuit à l'alimentation et au succès de reproduction des oiseaux marins piscivores. Toutefois, les effets qu'ont ces changements sur leur comportement et leur physiologie restent encore à être élucidés alors que les mécanismes d'ajustement sont mal connus. L'objectif général de cette thèse était d'identifier les causes distales et proximales qui influencent le succès de reproduction du fou de Bassan (Morus bassanus) et de mettre en relief les modes d'ajustements phénotypiques ainsi que les coûts physiologiques sous-jacents. Cette étude a permis d'approfondir les liens entre l'abondance de nourriture, la reproduction, la flexibilité comportementale (quête alimentaire, divorce), les réponses physiologiques associées aux changements comportementaux et l'impact sur la santé individuelle (via des marqueurs hématologiques, de statut nutritionnel, de stress oxydant et de dynamique télomérique). Pour cela, j'ai utilisé les données du suivi de la reproduction initié en 2008 par le Laboratoire d'ornithologie marine de Rimouski dans 181 nids de fous de Bassan à la colonie située dans le Parc national de l'Île-Bonaventure-et-du-Rocher-Percé (48,5°N, 64,2°O), combiné à l'utilisation de séries temporelles de la biomasse de ses deux principales proies (maquereau bleu, Scomber scombrus, et hareng atlantique, Clupea harengus). De 2010 à 2012, des géolocateurs (Global Location Sensor ou GLS) ont été déployés sur des fous de Bassan afin d'étudier les effets reportés de l'aire d'hivernage et de la migration sur le succès de reproduction et la survie. De 2017 à 2019, j'ai équipé les fous de Bassan avec des GPS afin d'évaluer leur comportement d'alimentation et j'ai effectué des prélèvements sanguins afin de mesurer 23 biomarqueurs liés à la santé physiologique. Dans le chapitre 2 (article 1), l'objectif était de déterminer l'influence de la période de non-reproduction sur la survie et la reproduction des fous de Bassan. Pour ce faire, j'ai combiné l'utilisation d'un suivi démographique (survie, phénologie, succès d'éclosion) et de GLS pour estimer les budgets d'activité et d'énergie pendant la période de non-reproduction. Les résultats indiquent que les dépenses énergétiques cumulées annuellement ne sont pas influencées par la distance des aires d'hivernage et qu'il n'y a pas d'effets reportés apparents de la saison de non-reproduction sur la saison de reproduction. Ceci s'expliquerait en raison des coûts quotidiens d'entretien et de thermorégulation plus faibles en hiver pour les migrants du golfe du Mexique comparativement à ceux hivernant sur la côte atlantique. Au chapitre 3 (article 2), l'objectif était d'étudier les causes proximales (pendant la saison de reproduction) du faible succès reproducteur et de tester l'hypothèse selon laquelle le divorce est un exemple de flexibilité comportementale permettant aux espèces monogames d'améliorer leur succès de reproduction. Au niveau de la population, j'ai détecté et quantifié la relation entre les séries temporelles du taux de divorce et du succès de reproduction ainsi que la relation entre le succès de reproduction et la biomasse de maquereau et de hareng. Les résultats indiquent que le succès de reproduction est principalement influencé par la biomasse du stock de maquereau et qu'une diminution du succès de la reproduction est suivie d'une augmentation du taux de divorce avec un décalage d'un an. Au niveau individuel, les résultats montrent que le succès de reproduction augmente l'année suivant un divorce, supportant ainsi l'hypothèse que le changement de partenaire est une stratégie adaptative chez les espèces monogames sociales. Les résultats suggèrent donc que la flexibilité comportementale exprimée par le divorce serait une solution efficace à court terme pour maintenir la performance reproductive. Dans le chapitre 4 (article 3), l'objectif était d'étudier la relation entre l'effort parenta , le statut nutritionnel, les dommages musculaires et le stress oxydant en comparant 13 biomarqueurs physiologiques chez des fous de Bassan qui avaient conservé leur partenaire et d'autres qui avaient changé de partenaire. Les trois années très contrastées en termes de reproduction ont permis de mettre en lumière que l'effort parental lié à l'alimentation du poussin augmente pendant les années de faible abondance de nourriture et qu'il augmente plus chez les individus qui ont changé de partenaire, avec des conséquences négatives sur leur état de santé (perte de masse corporelle accrue, catabolisme protéique plus élevé et dommages oxydants plus importants pendant la période d'élevage des poussins). Les résultats suggèrent également que le changement de partenaire n'est pas susceptible de diminuer la qualité à long terme ainsi que le fitness (ou valeur adaptative) des fous de Bassan. Enfin dans le chapitre 5 (article 4), l'objectif principal consistait à étudier la relation entre le changement de partenaire et le stress physiologique selon une approche longitudinale (intraindividuelle) et multicritère (23 biomarqueurs physiologiques liés au stress [indicateur hématologique], à la capacité aérobie, au stress oxydant, au stress nutritionnel, à l'inflammation et à la dynamique télomérique). Lorsque les conditions environnementales de reproduction étaient favorables, les individus qui changeaient de partenaire diminuaient le niveau de capacité antioxydante, la concentration plasmatique de glucose et les dommages musculaires, mais ils augmentaient leur capacité aérobie et stabilisaient la longueur de leurs télomères. A l'inverse, lorsque les individus se reproduisaient dans des conditions de reproduction défavorables, ils diminuaient leur capacité aérobie, ils stabilisaient leur capacité antioxydante, ils augmentaient leurs dommages musculaires et ils réduisaient la longueur de leurs télomères. Cette étude montre que la flexibilité comportementale telle que le changement de partenaire offrirait un moyen d'atténuer certains des facteurs de stress associés à la variabilité de la nourriture pendant la reproduction. En revanche, la reproduction dans des conditions difficiles aurait un impact négatif potentiel à long terme sur l'état de santé. En conclusion, ma thèse a permis de démontrer l'influence des conditions d'alimentation du fou de Bassan pendant la saison de reproduction sur le succès de reproduction et l'importance de la flexibilité phénotypique comme facteur de résilience face à la faible abondance de proies dans l'écosystème marin. Ma thèse souligne la fonction essentielle des suivis à long terme de la reproduction et de la survie des oiseaux marins, des études menées à l'échelle du cycle annuel complet, des études inter- et intraindividuelles à long terme pour l'étude de la flexibilité comportementale et pour la mesure des coûts physiologiques ainsi que pour l'utilisation du taux de raccourcissement des télomères comme marqueur de stress à long terme chez les animaux en milieu naturel. -- Mot(s) clé(s) en français : Flexibilité phénotypique, succès de reproduction, effets reportés, divorce, comportement alimentaire, stress oxydant, statut nutritionnel, télomères, fou de Bassan. --
ABSTRACT : Global changes such as overfishing and climate change are affecting marine ecosystems. They are implicated in the reduction of pelagic fish stocks, which affects the feeding and reproductive success of piscivorous seabirds. However, the effects of these changes on their behavior and physiology have yet to be fully understood and the mechanisms of adjustment to be identified. The overall objective of this thesis was to determine the distal and proximal causes that influence the breeding success of northern gannets (Morus bassanus) and to highlight the phenotypic adjustment patterns that result in physiological costs. This study allowed us to further investigate the links between food abundance, reproduction success, behavioral flexibility (foraging, divorce), physiological responses associated with behavioral changes and impact on individual health (via hematological markers, nutritional status, oxidative stress, and telomere dynamics). To achieve this, I used data from breeding monitoring initiated in 2008 by the Laboratoire d'ornithologie marine de Rimouski in 181 gannet nests at the colony located in Parc national de l'Île-Bonaventure-et-du-Rocher-Percé (48.5°N, 64.2°W), combined with the use of time series of the biomass of its two main prey (Atlantic mackerel, Scomber scombrus, and Atlantic herring, Clupea harengus). From 2010 to 2012, global location sensors (GLS) were deployed on gannets to study the carry-over effects of wintering area and migration on breeding success and survival. From 2017 to 2019, I equipped gannets with GPS to assess their foraging behavior and collected blood samples to measure 23 blood biomarkers related to physiological health. In Chapter 2 (Article 1), the objective was to determine the influence of the non-breeding period on gannet survival and reproduction. To do so, I combined the use of demographic monitoring (survival, phenology, hatching success) and GLS to estimate activity and energy budgets during the non-breeding period. Results indicate that annual cumulative energy expenditures are not influenced by distance from wintering grounds, suggesting no apparent carry-over effects of the non-breeding season on the breeding season. This would be due to lower daily maintenance and thermoregulation costs in winter for Gulf of Mexico migrants compared to those wintering on the Atlantic coast. In Chapter 3 (Article 2), the objective was to investigate the proximal (during the breeding season) causes of low reproductive success and to test the hypothesis that divorce is an example of behavioral flexibility for monogamous species to improve reproductive success. At the population level, I detected and quantified relationship between the time series of divorce rate and breeding success and between breeding success and biomass of mackerel and herring. The results indicate that breeding success is primarily influenced by mackerel stock biomass and that a decrease in breeding success is followed by an increase in divorce rate with a one-year lag. At the individual level, the results indicate that reproductive success increases in the year following a divorce, supporting the hypothesis that divorce is an adaptive strategy in social monogamous species. Finally, the results suggest that the behavioral flexibility expressed by divorce would be an effective short-term solution to maintain reproductive performance. In Chapter 4 (Article 3), the objective was to investigate the relationship between parental effort, nutritional status, muscle damage and oxidative stress by comparing 13 physiological biomarkers in gannets that had retained their partners and those that had changed partners. The three highly contrasting reproductive years highlighted that parental effort related to chick feeding increases in years of low food abundance and increases more in individuals that have switched partners, triggering negative impacts on their health status (increased body mass loss, higher protein catabolism and greater oxidative damage during the chick rearing period). Despite such results, it is sug ested that mate changing is unlikely to decrease the long-term quality as well as fitness of gannets. Finally, in Chapter 5 (Article 4), the main objective was to study the relationship between mate changing and physiological stress using a longitudinal (intra-individual) and multi-criteria approach (23 physiological biomarkers related to stress [hematological indices], aerobic capacity, oxidative stress, nutritional stress, inflammation, and telomere dynamics). When environmental conditions for reproduction were favorable, individuals who changed partners decreased the level of antioxidant capacity, plasma glucose concentration, and muscle damage, but increased aerobic capacity and stabilized telomere length. Conversely, when individuals bred under unfavorable breeding conditions, they decreased their aerobic capacity, stabilized their antioxidant capacity, increased their muscle damage, and decreased their telomere length. This study showed that mate changing as a behavioral strategy provides a means to mitigate some of the stressors associated with food stochasticity during reproduction. However, breeding under difficult conditions would have a potential long-term negative impact on physiological health status. In conclusion, my thesis has demonstrated the influence of feeding conditions of northern gannets during the breeding season on breeding success and the importance of phenotypic flexibility as a resilience factor in the face of global changes. My thesis highlights the critical role of long-term monitoring of seabird reproduction and survival, full-year cycle studies, long-term inter- and intra-individual studies for the study of behavioral flexibility and physiological costs, and the use of telomere shortening rates as a marker of long-term stress in animals in the wild. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Phenotypic flexibility, breeding success, carry-over effects, divorce, foraging behavior, oxidative stress, nutritional status, telomeres, northern gannet.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Guillemette, Magella
Information complémentaire :	Thèse présentée dans le cadre du doctorat extensionné de l'Université du Québec à Montréal en vue de l'obtention du grade de Philosophiae doctor (Ph. D.). Ce document est rédigé sous forme d'articles scientifiques.
Mots-clés :	Fou de Bassan; Morus bassanus; Reproduction; Physiologie; Phénotypes; Animaux; Mœurs et comportement; Comportement animal; Éthologie.
Départements et unités départementales :	Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	23 janv. 2024 16:30
Dernière modification :	23 janv. 2024 16:30
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2832

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