From the modeling of diadromous species’ marine distributions to the characterization of their current and future marine habitats

IntroductionMany diadromous fish species are currently facing the threat of generalized population extirpations across their range, and conservation efforts implemented primarily within the continental domain may not be sufficient to ensure their viability. In consequence, better understanding the use of the marine environment by these species turned out to be critical.Material and methodWe developed marine species distribution models for two species, Allis shad (Alosa alosa) and the European flounder (Platichthys flesus), and proposed a way to interpret the habitat suitability from a more functional perspective. Our approach defined marine habitats as highly suitable environments that remained with a high potential through the species life stage duration at sea. First, a species-specific probabilistic threshold was applied to select for highly suitable environments each year of the simulations. Then, annual maps of high suitability were combined into recurrence maps showing areas were the environmental conditions remained the most suitable across the life at sea of the given species, these areas being called ‘marine habitats’. We applied this approach to study the current and future marine habitats of Allis shad and European flounder under climate change scenarios.ResultsThe main current marine habitats of these species were coastal, primarily in the Bay of Biscay for Allis shad and in the English Channel-North Sea for European flounder. These habitats are expected to experience minimal changes by mid-century, and the species may even benefit from new habitats at higher latitudes. However, the European flounder is likely to face greater challenges in the central part of its range by the end of the century, as potential spawning grounds may be threatened.DiscussionThis study provided a way to rethink ‘traditional’ suitability maps by integrating basic knowledge on the diadromous species life at sea. Our findings were part of a larger effort to link continental and marine habitats in improving management of diadromous species

Impacts des changements globaux sur la distribution des poissons migrateurs amphihalins : Une approche par modélisation à l'échelle continentale

Diadromous fishes live in an environment disturbed, at global scale, by climate change and at regional scale, by anthropogenic pressures such as dams and river pollution. This study, performed at continental scale, aimed to assess, understand and predict the impacts of global changes on the distribution of this group. To address this issue, empirical distribution models were built for each of the 28 species studied. Their distributions were described at the beginning and the end of the twentieth century, in terms of presence-absence and abundance. Different types of explanatory variables were used, i.e. physical, climatic, biotic and anthropogenic. On the one hand, it was demonstrated that the distribution of diadromous fishes around 1900 was constrained by their biogeographical history and by the thermal and hydraulic characteristics of the continental habitat. Projection of these distributions, at the end of the twenty-first century, under climate change, highlighted the sensitivity of this group to climatic modifications. Responses were species-specific but could be classified into three categories: expansion of the distribution range, contraction of the distribution range and little or no change. On the other hand, for the first time at continental scale, the importance of large dams and human population density to explain the current diadromous fish distribution was demonstrated. The relationships seemed complex and to be dependent on the species' ecological characteristics, particularly the position of their essential habitats along the river network and their place within the food web.Les poissons migrateurs amphihalins évoluent dans un environnement qui est perturbé, à l'échelle globale, par le changement climatique et à l'échelle régionale, par les pressions anthropiques telles que les barrages et la pollution des cours d'eau. Cette étude, menée à l'échelle continentale, avait pour objectif d'évaluer, de comprendre et de prédire les impacts de changements globaux sur la distribution de ce groupe. Afin de répondre à cette problématique, des modèles empiriques de distribution ont été construits pour chacune des 28 espèces étudiées. Leurs distributions ont été décrites au début et à la fin du XXème siècle, en termes de présence-absence et de classes d'abondance. Les variables explicatives potentielles étaient de type physique, climatique, biotique et anthropique. Dans un premier temps, il a été mis en évidence que la répartition vers 1900 des poissons migrateurs amphihalins était fortement contrainte par leur histoire biogéographique et par les conditions thermiques et hydrauliques de l'habitat continental. La projection de ces distributions, à la fin du XXIème siècle, dans le contexte du changement climatique, a montré la forte sensibilité de ce groupe aux modifications du climat. Bien que spécifiques à chaque espèce, les réponses ont pu être classées en trois catégories : expansion de l'aire de répartition, contraction de l'aire de répartition et peu ou pas de changement. Dans un deuxième temps, pour la première fois à l'échelle continentale, l'importance des grands barrages et de la densité de populations humaines pour expliquer la distribution actuelle de ces espèces a été démontrée. Les relations sont apparues complexes et dépendantes des caractéristiques écologiques des espèces, notamment de la position de leurs habitats de croissance et de reproduction le long du réseau hydrographique et de leur place au sein du réseau trophique

Le retour des poissons migrateurs en question

National audienceLes plans de restauration visent à faire revenir les poissons migrateurs dans certains bassins versants. Le changement climatique pourrait remettre ces efforts en cause dans certaines régions

Impacts des changements globaux sur la distribution des poissons migrateurs amphihalins : une approche par modélisation à l’échelle continentale

Diadromous fishes live in an environment disturbed, at global scale, by climate change and at regional scale, by anthropogenic pressures such as dams and river pollution. This study, performed at continental scale, aimed to assess, understand and predict the impacts of global changes on the distribution of this group. To address this issue, empirical distribution models were built for each of the 28 species studied. Their distributions were described at the beginning and the end of the twentieth century, in terms of presence-absence and abundance. Different types of explanatory variables were used, i.e. physical, climatic, biotic and anthropogenic. On the one hand, it was demonstrated that the distribution of diadromous fishes around 1900 was constrained by their biogeographical history and by the thermal and hydraulic characteristics of the continental habitat. Projection of these distributions, at the end of the twenty-first century, under climate change, highlighted the sensitivity of this group to climatic modifications. Responses were species-specific but could be classified into three categories: expansion of the distribution range, contraction of the distribution range and little or no change. On the other hand, for the first time at continental scale, the importance of large dams and human population density to explain the current diadromous fish distribution was demonstrated. The relationships seemed complex and to be dependent on the species’ ecological characteristics, particularly the position of their essential habitats along the river network and their place within the food web.Les poissons migrateurs amphihalins évoluent dans un environnement qui est perturbé, à l’échelle globale, par le changement climatique et à l’échelle régionale, par les pressions anthropiques telles que les barrages et la pollution des cours d’eau. Cette étude, menée à l’échelle continentale, avait pour objectif d’évaluer, de comprendre et de prédire les impacts de changements globaux sur la distribution de ce groupe. Afin de répondre à cette problématique, des modèles empiriques de distribution ont été construits pour chacune des 28 espèces étudiées. Leurs distributions ont été décrites au début et à la fin du XXème siècle, en termes de présence-absence et de classes d’abondance. Les variables explicatives potentielles étaient de type physique, climatique, biotique et anthropique. Dans un premier temps, il a été mis en évidence que la répartition vers 1900 des poissons migrateurs amphihalins était fortement contrainte par leur histoire biogéographique et par les conditions thermiques et hydrauliques de l’habitat continental. La projection de ces distributions, à la fin du XXIème siècle, dans le contexte du changement climatique, a montré la forte sensibilité de ce groupe aux modifications du climat. Bien que spécifiques à chaque espèce, les réponses ont pu être classées en trois catégories : expansion de l’aire de répartition, contraction de l’aire de répartition et peu ou pas de changement. Dans un deuxième temps, pour la première fois à l’échelle continentale, l’importance des grands barrages et de la densité de populations humaines pour expliquer la distribution actuelle de ces espèces a été démontrée. Les relations sont apparues complexes et dépendantes des caractéristiques écologiques des espèces, notamment de la position de leurs habitats de croissance et de reproduction le long du réseau hydrographique et de leur place au sein du réseau trophique

Aires de distributions potentielles et conséquences en matière de conservation de la biodiversité migratrice : Rapport annuel d'avancement du travail

Les travaux concernant spécifiquement les espèces migratrices ont progressé comme prévu. Le travail effectué en 2008 a consisté principalement : - à identifier par modélisation pour chacune des 28 espèces migratrices européennes les facteurs de l’environnement expliquant sa distribution spatiale historique (à l’échelle des bassins versants). - à projeter la distribution future des espèces en discutant l’influence des scénarios SRES retenus - à communiquer ces résultats dans la sphère scientifique et dans la sphère de la gestion

Synthèse des effets des changements climatiques sur les espèces (à large échelle)

Nous avons essentiellement focalisé notre approche au niveau spécifique, ceci dans l'optique d'une complémentarité avec le travail mené par les autres membres du groupe habitats et peuplements. Notre regard est tourné vers les estuaires, plus largement les milieux aquatiques mais nous avons également ponctuellement lorsque les avancées étaient plus nettes considéré la bibliographie concernant les végétaux terrestre et les oiseaux ce qui devrait permettre une articulation avec les synthèses concernant l'effet du changement climatique sur ces deux groupes. Pour ce document la synthèse des travaux menés sur les conséquences du changement climatique au niveau mondial constitue l'essentiel du développement. Un seul travail a jusqu'à lors été réalisé sur la Seine sur l'effet du changement climatique. Les perspectives tiennent compte des connaissances actuelles et des travaux en cours elles sont clairement inscrites dans le contexte de l'estuaire de la Seine même si par construction les approches statistiques se nourrissent de données provenant de très nombreux sites géographiquement dispersés. Ce domaine est très actuel mais à contrario toute synthèse est nécessairement rapidement obsolète

Impacts des changements globaux sur la distribution des poissons migrateurs amphihalins (une approche par modélisation à l'échelle continentale)

Les poissons migrateurs amphihalins évoluent dans un environnement qui est perturbé, à l échelle globale, par le changement climatique et à l échelle régionale, par les pressions anthropiques telles que les barrages et la pollution des cours d eau. Cette étude, menée à l échelle continentale, avait pour objectif d évaluer, de comprendre et de prédire les impacts de changements globaux sur la distribution de ce groupe. Afin de répondre à cette problématique, des modèles empiriques de distribution ont été construits pour chacune des 28 espèces étudiées. Leurs distributions ont été décrites au début et à la fin du XXème siècle, en termes de présence-absence et de classes d abondance. Les variables explicatives potentielles étaient de type physique, climatique, biotique et anthropique. Dans un premier temps, il a été mis en évidence que la répartition vers 1900 des poissons migrateurs amphihalins était fortement contrainte par leur histoire biogéographique et par les conditions thermiques et hydrauliques de l habitat continental. La projection de ces distributions, à la fin du XXIème siècle, dans le contexte du changement climatique, a montré la forte sensibilité de ce groupe aux modifications du climat. Bien que spécifiques à chaque espèce, les réponses ont pu être classées en trois catégories : expansion de l aire de répartition, contraction de l aire de répartition et peu ou pas de changement. Dans un deuxième temps, pour la première fois à l échelle continentale, l importance des grands barrages et de la densité de populations humaines pour expliquer la distribution actuelle de ces espèces a été démontrée. Les relations sont apparues complexes et dépendantes des caractéristiques écologiques des espèces, notamment de la position de leurs habitats de croissance et de reproduction le long du réseau hydrographique et de leur place au sein du réseau trophique.Diadromous fishes live in an environment disturbed, at global scale, by climate change and at regional scale, by anthropogenic pressures such as dams and river pollution. This study, performed at continental scale, aimed to assess, understand and predict the impacts of global changes on the distribution of this group. To address this issue, empirical distribution models were built for each of the 28 species studied. Their distributions were described at the beginning and the end of the twentieth century, in terms of presence-absence and abundance. Different types of explanatory variables were used, i.e. physical, climatic, biotic and anthropogenic. On the one hand, it was demonstrated that the distribution of diadromous fishes around 1900 was constrained by their biogeographical history and by the thermal and hydraulic characteristics of the continental habitat. Projection of these distributions, at the end of the twenty-first century, under climate change, highlighted the sensitivity of this group to climatic modifications. Responses were species-specific but could be classified into three categories: expansion of the distribution range, contraction of the distribution range and little or no change. On the other hand, for the first time at continental scale, the importance of large dams and human population density to explain the current diadromous fish distribution was demonstrated. The relationships seemed complex and to be dependent on the species ecological characteristics, particularly the position of their essential habitats along the river network and their place within the food web.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Conservation de la biodiversité et changement climatique : un nécessaire changement de paradigme - Le cas des poissons migrateurs amphihalins

La conservation de la biodiversité est un concept récent qui s'appuie pourtant pour l'essentiel sur des directives européennes ou des conventions internationales qui ne considèrent pas la dynamique des systèmes écologiques. Jusqu'à lors, il s'agissait donc de retrouver une situation antérieure jugée plus satisfaisante pour une espèce, un habitat ou un écosystème. Le changement climatique en cours impose de changer de stratégie, car dans certains cas, il ne sera pas possible de retrouver cette situation antérieure (température, précipitations). Cela nécessite de réviser la localisation géographique des mesures de conservation envisagées et d'amplifier les mesures visant à faciliter le repositionnement des espèces (amélioration de la connectivité). Au-delà des interrogations sur les scénarios climatiques considérés comme valeur d'entrée, ces résultats chamboulent les logiques installées et questionnent sur l'opportunité de certaines mesures spécifiques quand les modèles prévisionnels ne garantissent pas les conditions d'existence d'une espèce. / The conservation of biodiversity is a recent concept which is mainly based on European directives and international conventions which do not consider the dynamic nature of ecological systems. Up to now, the aim was to restore a historical situation judged more satisfactory for a species, a habitat or an ecosystem. The ongoing climate change imposes a change of strategy because in some cases it will not be possible to restore the previous situation (temperature, precipitations). It is necessary to revise the geographical location of planned conservation measures and to amplify the measures facilitating the repositioning of species (improvement of connectivity). Beyond the questions on the climate scenarios used as input, these results overturn current rationales and raise serious questions concerning certain specific measures when projection models do not guarantee survival conditions for a particular species

Impact du changement climatique du XXIème siècle sur les poissons migrateurs amphihalins d'Europe, d'Afrique du Nord et du Moyen-Orient

International audienceClimate change is expected to drive species ranges towards the poles and to have a strong influence on species distributions. In this study, we focused on diadromous species that are of economical and ecological importance in the whole of Europe. We investigated the potential distribution of all diadromous fish regularly encountered in Europe, North Africa and the Middle East (28 species) under conditions predicted for twenty-first century climate change. To do so, we investigated the 1900 distribution of each species in 196 basins spread across all of Europe, North Africa and the Middle East. Four levels were used to semiquantitatively describe the abundance of species, that is missing, rare, common and abundant. We then selected five variables describing the prevailing climate in the basins, the physical nature of the basins and reflecting historical events known to have affected freshwater fish distribution. Logistic regressions with a four-level ordinal response variable were used to develop species-specific models. These predictive models related the observed distribution of these species in 1900 to the most explanatory combination of variables. Finally, we selected the A2 SRES scenario and the HadCM3 (Hadley Centre Coupled Model version 3) global climate model (GCM) to obtain climate variables (temperature and precipitation) at the end of this century. We used these 2100 variables in our models and obtained maps of climatically suitable and unsuitable basins, percentages of contraction or expansion for each species. Twenty-two models were successfully built, that is there were five species for which no model could be established because their distribution range was too narrow and the Acipenser sturio model failed during calibration. All the models selected temperature or/and precipitation as explanatory variables. Responses to climate change were species-specific but could be classified into three categories: little or no change in the distribution (five species), expansion of the distribution range (three species gaining suitable basins mainly northward) and contraction of the distribution (14 species losing suitable basins). Shifting ranges were in accordance with those found in other studies and underlined the high sensitivity of diadromous fish to modifications in their environment

Conservation de la biodiversité et changement climatique : un nécessaire changement de paradigme - Le cas des poissons migrateurs amphihalins Change in the climate and in the biodiversity-conservation paradigm The case of diadromous fish

Les espèces les plus menacées font l’objet de plans de restauration visant à retrouver une situation antérieure jugée plus satisfaisante. Mais le changement climatique qui s'est opéré dans certaines régions nécessite de se poser la question de l'utilité de retrouver une situation antérieure devenue impossible à reproduire.<br>The conservation of biodiversity is a recent concept which is mainly based on European directives and international conventions which do not consider the dynamic nature of ecological systems. Up to now, the aim was to restore a historical situation judged more satisfactory for a species, a habitat or an ecosystem. The ongoing climate change imposes a change of strategy because in some cases it will not be possible to restore the previous situation (temperature, precipitations). It is necessary to revise the geographical location of planned conservation measures and to amplify the measures facilitating the repositioning of species (improvement of connectivity). Beyond the questions on the climate scenarios used as input, these results overturn current rationales and raise serious questions concerning certain specific measures when projection models do not guarantee survival conditions for a particular species