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UMR 7179 Muséum National d'Histoire Naturelle& CNRS, Brunoy , FRANCE
Quels changements Quels changements climatiques climatiques
à Madagascar ? à Madagascar ? Quels impacts sur la Quels impacts sur la
biodiversité ?biodiversité ?Pierre-Yves HENRY & Cindy I. CANALE
Plan
Pourquoi ce sujet ?
Quels changements climatiques à Madagascar ?
Quels impacts sur la biodiversité ?
Quelles perspectives en recherche & conservation ?
Pourquoi les changements climatiques à Madagascar ?
Actualité chaude…
avec implications majeures en gestion de la biodiversité et santé humaine
Hannah et al. 2002 Glob. Ecol. Biogeog.Patz et al. 2005 NatureCazelles et al. 2006 PLOS MedecineParmesan 2006 AREES
Air: +0.74°CEau de surface: +0.67°CAccélération
Trenberth et al. 2007 IPCC
Walther et al. 2005 TREE
Pourquoi les changements climatiques à Madagascar ?
Walther et al. 2005 TREE
Actualité chaude…
Air: +0.74°CEau de surface: +0.67°CAccélération
0123456
19
98
20
00
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20
06
20
08
20
10
2000
1990
Très récent Peu d'intérêt
Hannah et al. 2008 Biol Lett
Web of Science
Fragmentation (> 2 km) : 80%
La priorité: la perte d'habitat !
Déforestation (~an 0):
90%
Harper et al 2007 Environ Conserv
Kremen et al 2008 ScienceIrwin et al 2010 Biol Cons
Priorité: écosystèmes forestiers
Déforestation (1950):
40%
sans dispersion: 17-50%
Perte d'habitat d'origine climatique:avec dispersion: 11-27 %
Mais synergie négative attendue…
Ch. climatique Fragmentation d'habitatx
Malcolm et al. 2006 Conserv Biol
mais irréaliste (2 x réchauffement passé)
Barrières à la migration des écosystèmes
InsularitéxCh. climatique
Flore la plus menacée 4ème priorité mondiale pour l'aide à la conservation
Giam et al 2010 Biol Cons
Plan
Pourquoi ce sujet ?
Quels changements climatiques à Madagascar ?
Quels impacts sur la biodiversité ?
Quelles perspectives en recherche & conservation ?
évènements extrêmes
IPCC 2007
Directionnel Variabilité
Δ σ²Δ moyenne
Les bases du changement climatique
+
Holmgren et al 2006 Front Ecol EnvironEasterling et al 2000 Science
Incertitude
ε+
Directionnel
Δ moyenne
Les bases du changement climatique
Réchauffement climatique observé au XXème siècle
Giannini et al 2008 Clim Change
+0.5°C1975-1999 - pré-industriel
cohérence 60-80% (N = 19)
Hulme et al 2001 Clim Res
0 à +1°C / siècle1901-1995
Réchauffement climatique prédit pour XXIème siècle
Hesselbjerg Christensen et al 2007 IPCC Chap 11
+2 - 3°C / siècle 2080-2099 - 1980-1999
Giannini et al 2008 Clim Change
+2.5-3°C / siècleXXIème - XXème
cohérence >50% (N = 19)
Tadross et al 2008 World Bank ReportHannah et al 2008 Biol Lett
MIN
MAX
+1.1-2.6°C / siècleXXIème - XXème
Réchauffement passé et en cours modéré + gradient SW-NE
Giannini et al 2008 Clim Change
0 à +0.1 mm.j-1 au N-E1975-1999 - pré-industriel
faible cohérence (<20%, N = 19)
Changement des précipitations observé au XXème siècle
Hulme et al 2001 Clim Res
0 à +20% à l'E1901-1995
Augmentation ?
Changement des précipitations prédit au XXIème siècle
Saison sèche: déficit
Saison humide: 0 ou excès
Hesselbjerg Christensen et al 2007 IPCC Chap 11
0 à +10% au S&N
Robuste: sud & nord-5 à -30% au S
0 à +200 mm.an-1 W&S
Robuste: Ouest / Est
0 à +100 au NW0 à -100 au SE
Hewitson & Crane 2006 Int J ClimatolHannah et al 2008 Biol Lett
Variable entre saisons et régions
Déficit en forêt humide Excès en forêt sèche (où t° ↑)
en relation à ENSO…
évènements extrêmes
Variabilité
Δ σ²
Les bases du changement climatique
ENSO à Madagascar au XXème siècle
Coelho & Goddard 2009 J Clim
Saison sèche: sécheresse faible
Saison humide: sécheressedans le Sud
déficit de précipitations linéaireLyon 2004 Geoph Res Lett
Ingram & Dawson 2005 Phil Tr R Soc L Bdont Madagascar
Holmgren et al 2006 Front. Ecol Envirsurtout dans écosystèmes (semi-)arides
ENSO = sécheresse
Changements climatiques et ENSO
Variance temporelle stable (1866-2004)
Incertitude sur relation ENSO / CC dans IPCC 2007Giannini et al 2008 Clim Change
Coelho & Goddard 2009 J Clim
Oldenborgh et al 2005 Ocean SciiCoelho & Goddard 2009 J Clim
ENSO: ↑ fréquence + ↑ intensitéTrenberth & Hoar 1997 Geophys Res LettTimmermann et al 1999 Nature
Fedorov & Philander 2000 ScienceMeehl et al 2007 IPCC
MAIS
ENSO à Madagascar au XXIème siècle
Coelho & Goddard 2009 J ClimRisque de sécheresse ENSO (2071-2100 - 1959-2001)
Pas d'augmentation claire
Saison sèche: 0 ou excès
dans S
Saison humide: déficit dans
SW
Complication : cycles divers et changeant…
Saji et al 1999 NatureMarchant et al 2007 Afr J Ecol
Indian Ocean Dipole (IOD)
IOD
196
1
Pics de t° de surface
EN
SO
198
3
EN
SO
+ I
OD
199
8
McClanahan et al 2009 Mar Ecol Prog Ser
et nature de ENSO change…Yeh et al 2009 Nature
EasternPacific
Central Pacific
↑ Fréquence des pics de t°Cai et al 2009 Geophys Res Lett
+
+
Meehl et al 2007 IPCC Chap 10 Global Climate
Autres prédictions de variabilité climatique
McDonald et al 2005 Clim Dynamics
Reason & Keibel 2004 Weatherr Forescating
↑ des cyclones
↑ nb de tempêtes tropicales distribution et intensité
↑ des vagues de chaleur+1.5-3 σ5 jours avec t°max ≥ t°normale + 5°C pour 2080-2099 -
1980-1999
modéré
Plan
Pourquoi ce sujet ?
Quels changements climatiques à Madagascar ?
Quels impacts sur la biodiversité ?
Quelles perspectives en recherche & conservation ?
Directionnel
Δ moyenne
Les bases du changement climatique
Impact sur les milieux marins et littoraux ?
Négatif sur les récifs coralliens
McClanahan et al 2009 Mar Ecol Progr Ser
Réchauffement max.
Appauvrissement, déclin en surface,
expansion d'algues
Plus grande stabilité
Communauté peu perturbée par
anomalies de t°
Chances survie max
Carpenter et al 2008 Science
ENSO+IOD 1998: 95% de "bleaching" dans l'Océan Indien
Impact sur les milieux marins et littoraux ?
Montée du niveau des eaux
380 plantes endémiquesConsiglio et al 2006 Conserv Biol
Tadross et al 2008 World Bank ReportHannah et al 2008 Biol Lett
Mais forêt littorale seraitVirah-Sawmy et al 2009 Glob Chang Biogeog
Meehl et al 2007 IPCC Chap 10 Global Climate
0 à + 5 cm (/ moy. globale, 2080-2099 - 1980-1999)
Négatif sur forêts littorales
modérée
résiliente ?
Forêts adaptées à sécheresse & ↑ précipitations
Réduction de distribution de 45% des plantes endémiques (N= 74; 18% en augmentation) avec dispersion…
Expansion d'espèces du S-W avec dispersion…Schatz et al 2008in Hannah et al 2008 Biol Lett
Impacts du réchauffement climatique: plantes
résilience ?
forêts humides de l'Est
Négatif
Positif
Négatif ?
Impacts du réchauffement climatique: ectothermes
Négatif sur reptiles et amphibiens à haute altitude ?
Raxworthy et al 2008 Glob Change Biol
Williams et al 2007 PNAS
Classique: disparition des niches climatiques tropicales de haute altitude
Liu et al 2008 Glob Planet Change
Production agricole (2030/1990)
hotspot d'insécurité alimentaire
Impact indirect: via ressources pour humains
x 1 – 1.2 localement: x 0.75 – 0.5
x croiss. démographique
évènements extrêmes
Variabilité
Δ σ²
Les bases du changement climatique
Impact d'une instabilité climatique accrue ?
?
Impact des anomalies climatiques ENSO
Ingram & Dawson 2005 Phil Tr R Soc L B
ENSO = sécheresse= déficit de production primaireHolmgren et al 2006 Front. Ecol Envir
Madagascar:ENSO <-> NDVI octobre (r = -0.66)
Impact négatif via ressources trophiquesWright 2006 in 'Lemurs: ecology and adaptation'attendu pour lémuriens (toutes forêts)Wiederholt & Post 2009 Biol Lettmontré pour primates d'Amazonie
Impact de sécheresse sur grands lémuriens-> de forêt sèche: Lémur catta (survie)-> de forêt humide: Propithèque de Milne-Edward (survie, féc.)
Gould et al 1999 Int J Primatol
King et al 1995 PNASDunham et al 2008 Biol Cons
Des organismes adaptés à l'instabilité climatique ?
Biomes résultants de changements climatiques quaternaires
Altitude max. des bassins versants détermine les centres d'endémisme paléoclimatiques-> faible = spéciation / aridité-> haute= migration altitudinale
Wilmé et al 2006 ScienceMadagascar: un climat peu prédictible
Prédictibilité < Afr. de l'Est
Imprédictibilité > 50% du monde
Imprédictibilité > 75% du monde
Dewar & Richard 2007 PNAS
Minimale dans régions sèches
Signes d'adaptation à l'instabilité climatique ?
Traits d'histoire de vie des mammifères: - stratégie K chez grands primates, Herpestidae - stratégie R chez Microcebus, Tenrecidae - faible % de frugivores
- mécanismes d'économie d'énergie (hypométabolisme, engraissement)
Dewar & Richard 2007 PNAS
Ganzhorn 1995 AmbioWright 1999 Yearb Phys AntropCanale & Henry 2010 Clim Res
Sensibilité relative à ENSO vs déforestationchez Propithèque de Milne-EdwardsDunham et al 2008 Biol Cons
ENSO
Perte hab.
Résilience aux accidents climatiques ?
à sécheresse suggérée pour lémuriensWright 1999 Yearb Phys Anthrop
Dewar & Richard 2007 PNASGould et al 1999 Int J Primatol
Wright 2006 in 'Lemurs: ecology and adaptation'
Wright 2006 in 'Lemurs: ecology and adaptation'
Résilience
Mais limites de la résilience inconnue
Canale et al. (in press) J Exp Biol
Thèse de C. Canale
Plan
Pourquoi ce sujet ?
Quels changements climatiques à Madagascar ?
Quels impacts sur la biodiversité ?
Quelles perspectives en recherche & conservation ?
Hannah et al 2002 Glob Ecol Biogeog
Modèles bioclimatiques régionaux (avec incertitudes)
Révision des aires protégées
Gestion adaptée des habitats non-protégés (matrice)
Kremen et al. 2008 Science
Ignoré dans proposition de révision des aires protégées !
Quels outils pour la conservation ?
Hannah et al 2008 Biol Lett
Implications pour la conservation à Madagascar
Hannah et al 2002 Glob Ecol Biogeog
Hannah et al 2008 Biol Lett
Maximisation de connectivité forestière (cf. corridor riverins)
Maximisation de résilience dans isolats
horizontale, entre massifs forestiers relictuels
verticale, le long de bassins versants
Comment faire ???
Difficile en climatologie, ignoré en biologie
Actuellement:- projections de modèles: non vérifiable…- articles 'd'opinion'…
Questions ouvertes
Résilience: limites ? mécanismes ?
Modélisation de variabilité climatique (incl. extrêmes)
Evidences empiriques de réponse des organismes
Misaotra…
Ressources climatologiques pour Madagascar
Modèles globaux et régionaux de l'IPCC 2007 ( Chap 10-11) Synthèses climatologiques régionales
Modèles climat-biodiversité
Hannah et al. 2008
Raxworthy et al. 2008
Mason 2001
Giannini et al 2008
Hulme et al 2001
Réchauffement de l'Océan Indien
Belkin 2009 Prog OceanogrRéchauffement relativement faible
0 à -0.28°C(/ moyenne globale)
'Réchauffement rapide' Alory et al 2007 Geoph Res Lett
Analyse sur barrières de corail malgaches (1951-2005)
Nord: 0.32°C / anSud: 0.86°C / an
Af. est: 0.54°C McClanahan et al 2009 Mar Ecol Prog Ser
Variabilité N/S
Impact sur les milieux d'eau douce ?
Thieme et al 2010 Cons Lett
+10 à -30% de débit des rivières en 2050 (/1961-1990)
Résilience aux accidents climatiques ?
Résilienceaux cyclones suggérée pour systèmes forestiersGanzhorn 1995 Ambio
banque de graîne graîne anémophiles peu aérodynamiques germinaison dépendante de précipitations extrêmes traces de perturbations locales sporadiques
Impact sur santé humaine
Patz et al 2005 Nature
via vague de chaud, malnutrition, dynamique des vecteurs
Madagascar: 4-70 morts pour 1 M de personnes / an
MismatchMatch
Durant et al 2007 Clim Res
Trophic chains
FOOD constraints
at high trophic levels
T° & WATER constraints
CLIMATE CHANGE
Δ ABIOTIC
→ Δ trophic interactions
Δ PRIMARY PROD.
Δ TROPHICINTERACTIONS
= Δ primary production
Climate change and trophic chains
Holmgren et al 2006 Front. Ecol EnvirIdem pour ENSO
Sécheresses plus fréquentes ?
↑ intensité et distribution en Afrique australe Fauchereau et al 2003 Natural Hazards
Mais pas pour Madagascar
Changement des précipitations prédit au XXIème siècle
ENSO: déficit plus probable que réchauffement et plus variable spatialement
Hyp. in Coelho & Goddard 2009 J Clim
↑ variance interannuelle en Afrique depuis 1960, en relation avec ENSO, avec ↑ pluies extrêmes Fauchereau et al 2003 Natural Hazards
Biological model: facultative heterotherm
Food & water shortage in the dry season
+Seasons poorly predictable
Grey mouse lemurGrey mouse lemur
Wright 1999 Yearb Phys AnthropolIngram & Dawson 2005 PTRSLBDewar & Richard 2007 PNAS
Dry forests
Dammhahn & Kappeler 2008 Int J Primatol
Evolution of energy saving mechanisms: Anticipatory fattening Modulation of physical activity Daily torpor
Resting phase
Tb
(°C
)
0 14 24
Génin & Perret 2003 Giroud et al. 2008Schmid et al. 1998-2009
Biological model: facultative heterotherm
+Seasons poorly predictable
Active phase
Summer = slim
Winter = fat
Grey mouse lemurGrey mouse lemur
Δ → -20°C
Food & water shortage in the dry season
Implications: physiological adaption to climate change ?
Energy saving mechanisms & physiological plasticity = pre-adaptations to climate change
More frequent in unpredictable environments
Wikelski et al 2000Henen & al. 1998Jackson et al.2006 Hau et al. 2004Lovegrove 1993
Costs & limits to physiological plasticity ? Oxydative stressPhysiological constraint preventing the switch daily torpor ↔ hibernation
Canale & Henry submitted Climate Res
Canale & Henry submitted Climate Res
Facilities: largest captive colony of GMLs
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 1 2 3 4 5 6 7 8 >9
Females
Males
Age (year)
10 years
2 days
Nb
. in
div
idu
als
breeding colony of ~500 ind
database on LHT (mass, resting metabolic rate, reproduction,…; ~1000 ind)
bank of organs and tissue samples
Grey Mouse Lemur biology
Half-life = 5.5 y
internal + RT + camera
J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 J9 J10 J14J11 J12 J13
0
10
20
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34
36
38 Body tem
perature (°C)
Lo
com
otor
act
ivity
(u.
a)
Facilities: experimental devices
O2 consumption
Body temperature & locomotor activity
Physiology
0 1 2 3 4 5 6 7-5 -4 -3 -2 -1
LPS
Daily
torp
or
Nocturnal activity
Maximisation de connectivité forestière (cf. corridor riverins)
Hannah et al 2008 Biol Lett
Maximisation de résilience dans isolats
COÛT :
Maintien : 800 M$
Restauration : ??? M€
BENEFICE :
100 M$/an
INVESTISSEMENT ACTUEL :
9 M$/an
Implications pour la conservation à Madagascar
horizontale, entre massifs forestiers relictuels
verticale, le long de bassins versants
Comment faire ???
