Dynamique éco-évolutive chez deux espèces d'arbres boréaux en contexte d'expansion d'aire de répartition géographique

Bergeron, Frédérique (2025). Dynamique éco-évolutive chez deux espèces d'arbres boréaux en contexte d'expansion d'aire de répartition géographique. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 76 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Étant donné la forte vélocité des changements climatiques contemporains, il devient essentiel d’examiner la dynamique d’expansion des espèces végétales longévives et la migration de leur aire de répartition dans un contexte de réchauffement du climat. Le modèle éco-évolutif du tri-spatial (spatial sorting) propose un processus cumulatif s’opérant au front de colonisation qui amplifierait les traits phénotypiques permettant d’accroître localement et temporairement la capacité de dissémination rapide sur de plus grandes distances, sans égard à la valeur adaptative des individus. C’est plutôt lors de la densification locale du peuplement suivant l’établissement des premiers individus au front d’expansion que la sélection naturelle entrerait en jeu permettant aux individus exhibant la meilleure valeur adaptative d’augmenter en abondance dans la population. Le premier objectif de cette étude est d’évaluer la capacité de dissémination et le compromis évolutif entre la capacité de dissémination et le potentiel de reproduction chez l’épinette blanche (Picea glauca) et l’épinette noire (Picea mariana) le long d’un gradient latitudinal allant du nord de la forêt tempérée jusqu’à leur limite nordique respective. Le second objectif est de comparer la variabilité intraspécifique et interspécifique du potentiel de dissémination et de germination sur le même gradient latitudinal entre l’épinette blanche et l’épinette noire. Nous avons testé empiriquement le modèle du tri spatial en évaluant la capacité de dissémination sur 7013 graines d’épinette noire et sur 3835 graines d’épinettes blanches et en testant la germination d’un sous-ensemble de graines. Pour les deux espèces, le potentiel de dissémination est plus grand pour les sites situés vers la limite nordique en comparaison avec les populations centrales. Un compromis d’allocation des ressources se traduit par une relation linéaire entre la germination des graines et la charge alaire des semences. Au front de colonisation, les individus pionniers bénéficient temporairement d’une capacité de dissémination accrue, au détriment d’une valeur adaptative sous-optimale. La sélection naturelle opère localement seulement à partir du moment où la population se densifie. Au front d’expansion, la présence d’une espèce n’assure donc pas que celle-ci soit bien adaptée aux conditions locales. La variabilité intraspécifique de la charge alaire est plus grande que la variabilité interspécifique. Il existe donc une plus grande différence quant à la capacité de dissémination entre deux populations d’une même espèce situées à des latitudes différentes qu’entre les deux espèces d’épinette. Les deux espèces ont une répartition transcontinentale, or leur vitesse de migration en réponse aux réchauffement climatiques devrait être estimée là où le processus de colonisation a lieu, c’est-à-dire à partir des individus provenant du front d’expansion, sans quoi les valeurs inférées risquent d’être sous-estimées. -- Mot(s)-clé(s) en français : capacité de dissémination, changements climatiques, charge alaire, épinette blanche, épinette noire, front de colonisation, tri spatial, migration. --
ABSTRACT : Given the rapid pace of contemporary climate change, it is essential to assess the expansion dynamics of long-lived plant species and their potential range shift rate in the context of global warming. Spatial sorting is a theoretical eco-evolutionary model that posits a cumulative process occurring at the colonization front, which amplifies phenotypic traits fostering a local and temporary capacity for long-distance dispersal, regardless of the individuals’ fitness. It is rather during local population densification—following the establishment of the first individuals at the expansion front—that natural selection comes into play, allowing individuals with higher fitness to increase in abundance within the population. The first objective of this study is to assess the dispersal capacity and the evolutionary trade-off between dispersal capacity and reproductive potential in white spruce (Picea glauca) and black spruce (Picea mariana) along a latitudinal gradient ranging from the northern temperate forest to their respective northern range limits. The second objective is to compare intraspecific and interspecific trait variability in dispersal and germination potential along the same latitudinal gradient between white spruce and black spruce. We empirically tested the spatial sorting model by evaluating dispersal capacity in 7013 black spruce seeds and 3835 white spruce seeds, and by testing germination in a subset of seeds. For both species, dispersal potential was higher in populations located near the northern range limit compared to central populations. A resource allocation trade-off is reflected in a linear relationship between seed germination and seed wing loading. At the colonization front, pioneer individuals temporarily benefit from increased dispersal capacity at the expense of suboptimal fitness. Natural selection operates locally only once population density increases. Therefore, the presence of a species at the expansion front does not warrant that individuals are well adapted to local conditions. Intraspecific variability in wing loading is greater than interspecific variability, indicating that differences in dispersal capacity between populations of the same species at different latitudes are greater than those between the two spruce species. Both species have transcontinental distributions; however, their migration rates in response to climate warming should be estimated from individuals at the colonization front, where the expansion process is actually taking place—otherwise, inferred values are likely to be underestimated. -- Mot(s)-clé(s) en anglais : dispersal capacity, climate changes, wing loading, white spruce, black spruce, colonization front, spatial sorting, migration.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	de Lafontaine, Guillaume
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en biologie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences.
Mots-clés :	Épinette blanche - Migration - Québec (Ouest); Épinette noire - Migration - Québec (Ouest); Épinette blanche - Québec (Ouest) - Reproduction; Épinette noire - Québec (Ouest) - Reproduction; Épinette blanche - Semences - Dissémination - Québec (Ouest); Épinette noire - Semences - Dissémination - Québec (Ouest); Phytogéographie - Facteurs climatiques - Québec (Ouest); Forêts boréales - Québec (Ouest); Compétition (Botanique); Variation (Botanique); Picea glauca; Picea mariana; Charge alaire.
Départements et unités départementales :	Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Date de dépôt :	30 oct. 2025 19:40
Dernière modification :	30 oct. 2025 19:40
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3347