Dynamique éco-évolutive de l'épinette blanche (Picea glauca) à sa limite altitudinale

RÉSUMÉ : Comprendre les processus écologiques et évolutifs qui déterminent l'expansion de l'aire de répartition des espèces en réponse aux changements climatiques contemporains est essentiel pour réduire les risques d'extirpation et de perte de la biodiversité. Selon la théorie synthétique de l'évolution, la sélection naturelle agit en maximisant la valeur adaptative des individus au sein d'une population. Or, lors de l'expansion d'une aire de répartition, le modèle éco-évolutif du tri spatial (spatial sorting) prédit qu'une augmentation de la capacité de dispersion dans les populations situées au front d'expansion s'opère par l'accumulation locale de traits phénotypiques liés à la dissémination. Ceci pourrait même donner lieu à un compromis où la valeur adaptative est temporairement sacrifiée au profit de la dispersion pendant la phase d'expansion. Dans la présente étude, nous avons testé empiriquement le modèle théorique du tri spatial et le compromis que ce modèle implique sur la valeur adaptative. À cette fin, nous avons évalué la capacité de dispersion de 8138 graines ailées d'épinettes blanches (Picea glauca) et la viabilité de leurs semences le long de gradients altitudinaux de végétation (forêt fermée, limite des arbres et toundra alpine) dans deux massifs montagneux québécois (monts Uapishka et monts McGerrigle). Notre hypothèse postule que la capacité de dispersion varie le long du gradient altitudinal de végétation : i) la capacité de dispersion serait accrue (indiquée par une faible charge alaire) au front de colonisation à la limite des arbres et en toundra, alors que ii) la viabilité des graines (indiquée par la probabilité de germination) serait réduite dans les sites à haut potentiel de dispersion. Dans les monts Uapishka, nos résultats indiquent que la capacité de dispersion augmente au front de colonisation alors que le potentiel de germination diminue. Dans ce massif, soumis aux feux récurrents, le processus d'expansion après-feu est en cours et les populations exhibent un compromis maximisant la dispersion au détriment de la valeur adaptative, suivant les postulats du tri spatial. Ces résultats contrastent avec ceux des monts McGerrigle, où nos résultats invariables le long du gradient altitudinal suggèrent plutôt l'atteinte d'un optimum des traits soumis au compromis entre la capacité de dispersion et la viabilité des graines, qui se sont stabilisées à des valeurs intermédiaires. Dans ce massif où les feux sont absents, les peuplements sont à l'équilibre et le processus d'expansion des populations est terminé depuis plusieurs générations. Dans une placette témoin du cœur de l'aire de répartition (Parc national du Bic), la capacité de dispersion est minimale alors que le potentiel de germination est maximal, ce qui suggère l'absence de tri spatial, mais que la sélection naturelle est le principal processus évolutif qui opère pour accroître la valeur adaptative. Cette étude met en lumière la variabilité intraspécifique de traits liés à la capacité de dispersion des individus et son impact transitoire sur leur valeur adaptative dans les populations situées au front de colonisation des espèces en expansion. -- Mot(s) clé(s) en français : capacité de dispersion, charge alaire, épinette blanche, expansion, forêt fermée, limite des arbres, sélection naturelle, toundra alpine, tri spatial, valeur adaptative. --
\nABSTRACT : Understanding ecological and evolutionary processes driving species' range expansion in response to contemporary climate changes is instrumental to reduce risks of extirpation and future biodiversity loss. According to the synthetic theory of evolution, natural selection maximizes fitness of individuals within natural populations. Yet, during range expansion, spatial sorting is an emerging eco-evolutionary model predicting enhanced migration rate in leading-edge populations through local accumulation of phenotypic traits related to dispersal. This process may even result in a trade-off, whereby fitness is temporarily sacrificed over dispersal during the expansion phase. Here, we empirically tested the theoretical model of spatial sorting and its putative fitness cost. We assessed dispersal ability of 8138 white spruce (Picea glauca) winged seeds and seed viability along altitudinal gradients (closed-crown montane forest, subalpine treeline, and alpine tundra) in two Quebec mountain ranges (Uapishka and McGerrigle). We expected differences in dispersal ability along altitudinal gradients with: i) increased dispersal ability (lower wing loading) in treeline and tundra leading-edge populations at the expansion front, and ii) reduced seed viability (germination probability) in populations displaying higher dispersal ability. In Uapishka mountains, our results indicate enhanced dispersal ability at the expansion front while germination potential decreases. Historical wildfires have opened the forest cover, which implies that a post-fire expansion process is still ongoing. Populations exhibit a trade-off maximizing dispersal over fitness, as expected from the spatial sorting model. These results contrast with those from McGerrigle mountains, where no trait variation was found along the altitudinal gradient, suggesting that an optimum was reached for the traits involved in the trade-off between dispersal ability and seed viability, which stabilized at intermediate values. In the absence of fire, the stands are in demographic equilibrium and the expansion process has been completed for several generations. In a control plot from the core of the range (Bic National Park), dispersal ability reaches its lowest values while germination potential is maximal, suggesting the absence of a spatial sorting mechanism, but natural selection as the primary evolutionary process operating to increase fitness. This study sheds light on the importance of intraspecific trait variation related to the dispersal ability of individuals and its transient impact on fitness in populations located at the leading edge of species migration. -- Mot(s) clé(s) en anglais : alpine tundra, dispersal ability, expansion, fitness, montane forest, natural selection, spatial sorting, subalpine treeline, white spruce, wing loading.

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