Land-cover and climate factors contribute to the prevalence of the ectoparasitic fungus Laboulbenia formicarum in its invasive ant host Lasius neglectus

International audienceUnderstanding the distribution of parasites is crucial for biodiversity conservation. Here, we studied the distribution of the ectoparasitic fungus Laboulbenia formicarum in native and invasive Lasius ants in a 2000 km2 area. We screened over 16,000 ant workers in 478 colonies of five different species. We found that Lab. formicarum was rare in native Lasius species but infected 58% of the colonies of the invasive species Las. neglectus. At landscape scale, Lab. formicarum presence could not be explained by geographic and genetic distances between Las. neglectus colonies but was associated with hotter and dryer climatic conditions and its prevalence in colonies increased with urbanization. Within infected colonies, fungal prevalence varied from 0 to 100 percent within meters and was negatively correlated with impervious ground cover. In a changing world, our findings emphasize the importance of land-use and climatic factors in shaping the distribution and prevalence of fungal parasites

Impact de la capacité de charge de l’environnement sur les dynamiques d’expansions de métapopulation : théories et applications à un système expérimental hôte-parasitoïde

Reaction-diffusion equations are commonly used to describe population propagation dynamics. In particular, they can be used to define two types of dynamics: pulled and pushed. The pulled dynamic results from a colonization led by individuals in small numbers located at the edge of the population, the pushed dynamic results from a colonization led by larger numbers from the core of the population. Biological mechanisms underlying the pushed waves are still poorly described, however, the presence of an Allee effect (characterized by a positive correlation between growth rate and population density for small populations) is known to lead to a pushed dynamic. Other mechanisms generating a dependence between population size and the probability of colonization are also likely to generate pushed waves, but this generalization remains to be confirmed. Few studies have addressed the effects of environmental factors such as carrying capacity on population expansion rates. However, while for a pulled dynamic, the colonization of the few individuals at the front of the wave should not be influenced by the value of the carrying capacity of the environment, in the pushed case, individuals evolving at larger numbers, the carrying capacity could be a limiting factor of the expansion. We have therefore attempted to describe (i) the effects of carrying capacity on population expansion dynamics, particularly through the prism of pulled/pushed dynamics, and (ii) the diversity of demographic mechanisms that can generate high dynamics. For this purpose we used individual-centred modelling approaches and microcosm experimentation on parasitoid hymenoptera, Trichograms. We used a species with a positive density-dependent dispersion resulting in an increase in the individual probability of migrating in large populations, thus leading to potentially high colonization dynamics. Using these two approaches, we first studied the impact of carrying capacity on expansion velocity, validating our hypotheses that the dependence of expansion velocity on carrying capacity could be an indicator of the pushed/puledl nature of expansions. In a second part we studied the phenomena of Range pinning described for populations subjected to Allee effects and we tried to generalize this phenomenon to pushed dynamics in the presence of positive dependent density dispersion. In a third part we studied how a heterogeneous distribution in space of different carrying capacities would influence the dynamics of particularly high expansions.Les équations de réaction-diffusion sont couramment utilisées pour décrire les dynamiques de propagation des populations. Elles permettent notamment de définir deux types de dynamiques : tirée et poussée. La dynamique tirée résulte d'une colonisation menée par les individus en faible effectif situés en bordure de la population, la dynamique poussée résulte d'une colonisation menée par de plus grands effectifs issus du cœur de la population. Les mécanismes biologiques à l'origine des fronts poussés sont encore peu décrits, toutefois, la présence d'un effet Allee (caractérisé par une corrélation positive entre le taux de croissance et la densité de population pour de petits effectifs) est connue pour entraîner une dynamique poussée. D'autres mécanismes générant une dépendance entre la taille de population et la probabilité de colonisation sont également susceptibles de générer des fronts poussés, mais cette généralisation reste à confirmer. Peu de travaux ont abordé les effets de facteurs de l'environnement tels que la capacité de charge sur les vitesses d'expansion des populations. Or, si pour une dynamique tirée, la colonisation des individus à l'avant du front, peu nombreux, ne devrait pas être influencée par la valeur de la capacité de charge du milieu, dans le cas poussé, les individus évoluant à des effectifs plus importants, la capacité de charge pourrait être un facteur limitant de l'expansion. Nous avons donc cherché à décrire (i) les effets de la capacité de charge sur les dynamiques d'expansion des populations notamment au travers du prisme des dynamiques tirées/poussées, et (ii) la diversité des mécanismes démographiques pouvant générer des dynamiques poussées. Pour cela nous avons utilisé des approches de modélisation individu-centrés et de l'expérimentation en microcosme sur des hyménoptères parasitoïdes, les Trichogrammes. Nous avons utilisé une espèce ayant une dispersion densité-dépendante positive entraînant un accroissement de la probabilité individuelle de migrer en grande population menant ainsi à des dynamiques de colonisation possiblement poussées. Grâce à ces deux approches, nous avons étudié dans une première partie l'impact de la capacité de charge sur la vitesse des expansions, permettant de valider nos hypothèses nous amenant à penser que la dépendance de la vitesse d'expansion à la capacité de charge pourrait être un indicateur de la nature poussée/tirée des expansions. Dans une deuxième partie nous avons étudié les phénomènes d'arrêt de colonisation ("Range pinning") décrits pour des populations soumises aux effets Allee et avons chercher à généraliser ce phénomène aux dynamiques poussées en présence de dispersion densité dépendante positive. Dans une troisième partie nous avons étudié comment une répartition hétérogène dans l'espace de différentes capacités de charges allait influencer les dynamiques d'expansions notamment poussées

Impact of the carrying capacity of the environment on metapopulation expansion dynamics : theory and applications to a parasitoid-host experimental system

Les équations de réaction-diffusion sont couramment utilisées pour décrire les dynamiques de propagation des populations. Elles permettent notamment de définir deux types de dynamiques : tirée et poussée. La dynamique tirée résulte d'une colonisation menée par les individus en faible effectif situés en bordure de la population, la dynamique poussée résulte d'une colonisation menée par de plus grands effectifs issus du cœur de la population. Les mécanismes biologiques à l'origine des fronts poussés sont encore peu décrits, toutefois, la présence d'un effet Allee (caractérisé par une corrélation positive entre le taux de croissance et la densité de population pour de petits effectifs) est connue pour entraîner une dynamique poussée. D'autres mécanismes générant une dépendance entre la taille de population et la probabilité de colonisation sont également susceptibles de générer des fronts poussés, mais cette généralisation reste à confirmer. Peu de travaux ont abordé les effets de facteurs de l'environnement tels que la capacité de charge sur les vitesses d'expansion des populations. Or, si pour une dynamique tirée, la colonisation des individus à l'avant du front, peu nombreux, ne devrait pas être influencée par la valeur de la capacité de charge du milieu, dans le cas poussé, les individus évoluant à des effectifs plus importants, la capacité de charge pourrait être un facteur limitant de l'expansion. Nous avons donc cherché à décrire (i) les effets de la capacité de charge sur les dynamiques d'expansion des populations notamment au travers du prisme des dynamiques tirées/poussées, et (ii) la diversité des mécanismes démographiques pouvant générer des dynamiques poussées. Pour cela nous avons utilisé des approches de modélisation individu-centrés et de l'expérimentation en microcosme sur des hyménoptères parasitoïdes, les Trichogrammes. Nous avons utilisé une espèce ayant une dispersion densité-dépendante positive entraînant un accroissement de la probabilité individuelle de migrer en grande population menant ainsi à des dynamiques de colonisation possiblement poussées. Grâce à ces deux approches, nous avons étudié dans une première partie l'impact de la capacité de charge sur la vitesse des expansions, permettant de valider nos hypothèses nous amenant à penser que la dépendance de la vitesse d'expansion à la capacité de charge pourrait être un indicateur de la nature poussée/tirée des expansions. Dans une deuxième partie nous avons étudié les phénomènes d'arrêt de colonisation ("Range pinning") décrits pour des populations soumises aux effets Allee et avons chercher à généraliser ce phénomène aux dynamiques poussées en présence de dispersion densité dépendante positive. Dans une troisième partie nous avons étudié comment une répartition hétérogène dans l'espace de différentes capacités de charges allait influencer les dynamiques d'expansions notamment poussées.Reaction-diffusion equations are commonly used to describe population propagation dynamics. In particular, they can be used to define two types of dynamics: pulled and pushed. The pulled dynamic results from a colonization led by individuals in small numbers located at the edge of the population, the pushed dynamic results from a colonization led by larger numbers from the core of the population. Biological mechanisms underlying the pushed waves are still poorly described, however, the presence of an Allee effect (characterized by a positive correlation between growth rate and population density for small populations) is known to lead to a pushed dynamic. Other mechanisms generating a dependence between population size and the probability of colonization are also likely to generate pushed waves, but this generalization remains to be confirmed. Few studies have addressed the effects of environmental factors such as carrying capacity on population expansion rates. However, while for a pulled dynamic, the colonization of the few individuals at the front of the wave should not be influenced by the value of the carrying capacity of the environment, in the pushed case, individuals evolving at larger numbers, the carrying capacity could be a limiting factor of the expansion. We have therefore attempted to describe (i) the effects of carrying capacity on population expansion dynamics, particularly through the prism of pulled/pushed dynamics, and (ii) the diversity of demographic mechanisms that can generate high dynamics. For this purpose we used individual-centred modelling approaches and microcosm experimentation on parasitoid hymenoptera, Trichograms. We used a species with a positive density-dependent dispersion resulting in an increase in the individual probability of migrating in large populations, thus leading to potentially high colonization dynamics. Using these two approaches, we first studied the impact of carrying capacity on expansion velocity, validating our hypotheses that the dependence of expansion velocity on carrying capacity could be an indicator of the pushed/puledl nature of expansions. In a second part we studied the phenomena of Range pinning described for populations subjected to Allee effects and we tried to generalize this phenomenon to pushed dynamics in the presence of positive dependent density dispersion. In a third part we studied how a heterogeneous distribution in space of different carrying capacities would influence the dynamics of particularly high expansions

Habitat quality and the velocity of spatial population expansion

International audienceno abstrac

Colonisation debt: when invasion history impacts current range expansion

International audienceDemographic processes that occur at the local level, such as positive density dependence in growth or dispersal, are known to shape population range expansion, notably by linking carrying capacity to invasion speed. As a result of these processes, the advance of an invasion front depends both on populations in the core of the invaded area and on small populations at the edge. While the impact on velocity is easily tractablein homogeneous environment, information is lacking on how speed varies in heterogeneous environment due to density dependence. In this study, we tested the existence of a ’colonisation debt’, which corresponds to the impact of conditions previously encountered by an invasion front on its future advances. Due to positive density dependence, invasions are expected to spread respectively slower and faster, along the gradients ofincreasing and decreasing carrying capacity, with stronger differences as the gradient slope increases. Using simulated invasions in a one-dimensional landscape with periodically varying carrying capacity, we confirmed the existence of the colonisation debt when density-dependent growth or dispersal was included. Additional experimental invasions using a biological model known to exhibit positive density-dependent dispersal confirmed the impact of the carrying capacity of the patch behind the invasion front on its progression, the mechanism behind the colonisation debt

When higher carrying capacities lead to faster propagation

A preprint peer-reviewed and recommended by Peer Community In Ecology (https://ecology.peercommunityin.org/PCIEcology)This preprint has been reviewed and recommended by Peer Community In Ecology (https://dx.doi.org/10.24072/pci.ecology.100004). Finding general patterns in the expansion of natural populations is a major challenge in ecology and invasion biology. Classical spatio-temporal models predict that the carrying capacity (K) of the environment should have no influence on the speed (v) of an expanding population. We tested the generality of this statement with reaction- diffusion equations, stochastic individual-based models, and microcosms experiments with Trichogramma chilonis wasps. We investigated the dependence between K and v under different assumptions: null model (Fisher-KPP-like assumptions), strong Allee effects, and positive density-dependent dispersal. These approaches led to similar and complementary results. Strong Allee effects, positive density-dependent dispersal and demographic stochasticity in small populations lead to a positive dependence between K and v. A positive correlation between carrying capacity and propagation speed might be more frequent than previously expected, and be the rule when individuals at the edge of a population range are not able to fully drive the expansion