class: middle, title-slide # L'écologie computationnelle ## Réseaux trophiques des vertébrés terrestres du Québec <br><br><br><br><br> ### Benjamin Mercier, <br> .small[Étudiant au BSc en écologie] <br><br><br><br><br> <i class="fa fa-github fa-2x" style="color:#335049"></i> [BenMerSci/CVM_presentation](https://github.com/BenMerSci/CVM_talk) <i class="fa fa-twitter fa-2x" style="color:#335049"></i> [@BenMerSci](https://twitter.com/BenMerSci) --- class: # Déroulement de la présentation <hr/> 1. Mon cheminement <br><br> 2. Qu'est-ce que l'écologie computationnelle ? <br><br> 3. Présentation du projet de recherche .bottom[ .right[  ] ] .tiny[.cite[Icon made by SmartLine from www.flaticon.com]] --- class: inverse, middle, center # Mon cheminement --- # Mon cheminement <hr/> ### Cégep du Vieux Montréal .tiny[(2013-2016)] - Pré-universitaire en Sciences de la nature ### Université de Sherbrooke .tiny[(2016-2020)] - Baccalauréat en écologie <h2> - Microprogramme en écologie pratique <h2> - Divers stages en milieu académique (recherche) .middle[ .right[  ] ] --- class: inverse, middle, center #Qu'est-ce que l'écologie computationnelle? --- # Historique <hr/> .pull-left[ - Longtemps une discipline descriptive et conceptuelle <h2> - Développement et application de statistiques (1930) <h2> - Développement et applications de théories mathématiques (1960) <h2> - Expériences terrains coûteuses et laborieuses <h2> - Accumulation massive de données et meilleurs ordinateurs ] .pull-right[  ] --- # Définition <hr/> <br><br><br> .center[ .Large[***"L'utilisation combinée d'algorithmes, de programmes et de bonnes pratiques de gestion de données dans le but de résoudre des problèmes complexes." ***] <br><br><br> **L'écologie computationnelle est donc l'application de ces outils à des problèmes écologiques complexes** ] .tiny[.cite[Poisot, T., LaBrie, R., Larson, E., Rahlin, A., & Simmons, B. I. [2019.](https://pdfs.semanticscholar.org/0e7b/c4ce649a00edeb110bec864ccfd7c003ce7a.pdf), IEE.]] --- # Quelques exemples d'application <hr/> ###1) Modélisation de la migration de la forêt - État initial de chaque parcelle de la forêt (T, B, M, R) <h2> - Probabilité de changer d'état selon l'environnement et ses "voisins" .center[ .bottom[  ] ] --- # Quelques exemples d'application <hr/> ###1) Modélisation de la migration de la forêt .center[  ] <br><br> .tiny[.cite[Vissault, S. [2016.](http://semaphore.uqar.ca/1266/) Diss. Université du Québec à Rimouski]] --- # Quelques exemples d'application <hr/> ###2) Les écosystèmes marins - Impossible d'échantillonner les réseaux marins empiriquement <h2> - Reconstituer les interactions en combinant des données massives et certaines suppositions .middle[ .center[  ] ] .tiny[.cite[Albouy, C. et al. [2019.](https://www.nature.com/articles/s41559-019-0950-y) Nature ecology & evolution, .3(8), 1153-1161.]] --- class: inverse, middle, center #Reconstitution des réseaux trophiques des vertébrés terrestres --- # Tables des matières <hr/> .pull-left[ 1) Préambule <br><br> 2) Théorie sous-jacente <br><br> 3) Objectifs et hypothèse <br><br> 4) Méthodologie <br><br> 5) Bibliographie <br><br> ] --- # Préambule <hr/> ## Écologie .large[**Définition:**] <br><br> .center[ .Large[ ***L'Étude des organismes vivants dans leur environnement; les interactions avec les paramètres biotiques et abiotiques.*** ] ] <br><br> **.center[.large[La représentation en réseau de ce type de système permet d'interpreter la diffusion des perturbations]]** --- # Préambule <hr/> ## Réseau trophique .center[] .tiny[.cite[https://lamaisondalzaz.wordpress.com/la-foret-son-role-vu-par-les-citoyens/la-foret-de-la-chaine-alimentaire-au-transfert-de-matiere/]] --- # Préambule (suite) <hr/> ## Services écosystémiques - Services écosystémiques découlent des interactions présentent dans les réseaux trophiques [1, 2, 3] <br><br><br> .pull-left[] .pull-right[] --- # Préambule <hr/> ## Cascade trophique .pull-left[ <br><br> **changements globaux** <br><br> .Large[↓] <br><br> Perte de gros organismes et cascasdes trophiques [3, 4, 5] ] .pull-right[  ] .tiny[.cite[https://www.tes.com/lessons/_gRvCApIQBLPWg/aaa-biodiversity-trophic-cascades]] --- # Préambule (suite) <hr/> ## Enveloppe climatique - Conditions environnementales optimales pour prospérer - Migration et déplacement/modification des réseaux trophiques .center[] --- # Préambule (suite) <hr/> <br><br><br><br><br><br> .center[.Large[**Il est donc primordiale d'exposer la structure de base de nos présents réseaux écologiques pour en prévoir les variations et conséquences associées!**]] --- # Théorie <hr/> ## La niche écologique - Disitribution spatiale dépend de l'environnement [6] <h2> - Quantification de cette niche selon Hutchinson [7] <h2> - Chaque variable environnementale est un axe → ***hypervolume*** <br><br><br><br> .center[.Large[***Ceci est la niche écologique fondamentale***]] --- # Théorie (suite) <hr/> ## La niche écologique  .center[***Représentation 2D (A) et 3D (B) de la niche fondamentale***] --- # Théorie (suite) <hr/> ## La niche écologique - Intrégrer l'effet d'autres espèces <h2> - Modification de "l'hypervolume" <h2> - Variation spatiale et temporelle possible de la niche <br><br><br><br><br> .center[.Large[***Ceci est la niche écologique réalisée***]] --- # Théorie (suite) <hr/> ## La niche d'interactions - Disitribution spatiale dépend des interactions biotiques [8] <br><br> - Interactions nécessitent une correspondance de caractéristiques <br><br> **exemple:** ouverture de bouche suffisament large pour une grosse proie <h2> --- # Théorie (suite) <hr/> ## La niche intégrée .pull-left[ - Combinaison de la niche écologique et de la niche d'interactions <h2> - Distribution spatiale dépend de l'environnement et des interactions biotiques ] .pull-right[] .tiny[.cite[Adapté de : Gravel, D., Baiser, B., Dunne, J. A., Kopelke, J. P., Martinez, N. D., Nyman, T., ... & Roslin, T. [2019.](https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/ecog.04006) Ecography.]] --- # Théorie (suite) <hr/> ## Limites taxonomiques respectives ### Mammifères - Équilibre énergétique pour la chaleur corporelle [9] <h2> - Effets variables des microconditions environnementales [10] ### Oiseaux - Équilibre énergétique pour la chaleur corporelle <h2> - Structure verticale de l'environnement [11, 12, 13] --- # Théorie (suite) <hr/> ## Limites taxonomiques respectives ### Amphibiens - Température [14] - Disponibilité de l'eau [15, 16] ### Reptiles - Température [16] - Disponibilité de l'eau [16] --- # Objectifs et hypothèse <hr/> ## Objectifs - Reconstituer le réseau trophique des vertébrés terrestres <h2> - Illustrer spatialement ces réseaux sur le territoire du Québec <h2> - Comprendre ce qui structure ces différents réseaux ## Hypothèse - La complexité des réseaux trophiques diminuera à l'écotone entre la forêt boréale et la tundra. --- # Méthodologie <hr/> .pull-left[ 1. Regrouper et formatter les données de bases en un méta-réseau <h2> 2. Reconstituer les réseaux trophiques <h2> 3. Illustrer spatialement les réseaux sur le territoire du Québec <h2> 4. Analyse des caractéristiques du réseau ] .pull-right[ <br><br><br><br><br><br><br><br><br><br>  ] .tiny[.cite[Adapted, icon made by Freepik from www.flaticon.com]] --- # Méthodologie <hr/> ## Regrouper et formatter les données de base - Jeux de données représentatifs de l'ensemble du Québec <h2> - Formatage essentiel des données <h2> - Résulte en un méta-réseau .center[] --- # Méthodologie <hr/> ## Regrouper et formatter les données de base - Jeux de données représentatifs de l'ensemble du Québec <h2> - Formatage essentiel des données <h2> - Résulte en un méta-réseau --- # Méthodologie <hr/> ## Reconstituer le méta-réseau avec l'algorithme KNN - **KNN:** K plus proches voisins (K-Nearest-Neighbor) - Nécessite initialement une matrice d'interaction .center[] <br> --- # Méthodologie <hr/> ## Reconstituer le méta-réseau avec l'algorithme KNN .pull-left[- Même principe que les propositions Netflix, Amazon et Youtube] .center[] .tiny[.cite[Desjardins-Proulx, P., Laigle, I., Poisot, T., & Gravel, D. [2017.](https://peerj.com/articles/3644/) PeerJ, 5, e3644.]] --- # Méthodologie <hr/> ## Reconstituer le méta-réseau avec l'algorithme KNN - Mesure de distance entre chaque paire d'espèces <br><br><br> `$$Jaccard_d = \frac{a}{(a+b+c)}$$` .pull-right[] --- # Méthodologie <hr/> ## Illustrer spatialement le méta-réseau - Se procurer les cartes de distribution d'espèce <h2> - Transformer la carte en grille <h2> - Limiter les interactions avec les co-occurences d'espèces --- # Méthodologie <hr/> ## Illustrer spatialement le méta-réseau .pull-left[] .pull-right[] --- # Méthodologie <hr/> ## Illustrer spatialement le méta-réseau .pull-left[] .pull-right[] --- # Méthodologie <hr/> ## Analyse des caractéristiques du réseau - Nombre d'espèces (S) <h2> - Nombre de liens (L) <h2> - Connectance (L/S²) <h2> - Modularité .pull-right[] <br><br><br><br><br><br> .center[.large[**Explorer la variation de ces caractéristiques sur l'ensemble du territoire du Québec**]] .tiny[.cite[Dunne, J. A., Williams, R. J., Martinez, N. D., Wood, R. A., & Erwin, D. H. [2008.](https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.0060102) PLoS biology, 6(4).]] --- # Utilité ? <hr/> - Exposer une structure initial en guise de référence <h2> - Parler de biodiversité (changements climatiques abordés 8x plus) <h2> - Pourquoi pas? .tiny[.cite[Legagneux, P., Casajus, N., Cazelles, K., Chevallier, C., Chevrinais, M., Guéry, L., ... & Ropars, P. [2018.](https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fevo.2017.00175/full?source=post_page---------------------------) Frontiers in Ecology and Evolution, 5, 175.]] --- # Bibliographie <hr/> .tiny[ 1. Daily, G. C., S. Alexander, P. R. Ehrlich, L. Goulder, P. A. Matson, H. A. Mooney, S. Postel, H. Schneider, D. Tilman & G. M. Woodwell, 1997. Ecosystem services: Benefits Supplied to Human Societies by Natural Ecosystems. Ecological Society of America: 21. 2. Duffy, J. E., 2009. Why biodiversity is important to the functioning of real-world ecosystems. Frontiers in Ecology and the Environment, 7: 437–444. 3. Jordano, P., 2016. Chasing Ecological Interactions. PLOS Biology, 14: e1002559. 4. Estes, J. A., J. Terborgh, J. S. Brashares, M. E. Power, J. Berger, W. J. Bond, S. R. Carpenter, T. E. Essington, R. D. Holt, J. B. C. Jackson, R. J. Marquis, L. Oksanen, T. Oksanen, R. T. Paine, E. K. Pikitch, W. J. Ripple, S. A. Sandin, M. Scheffer, T. W. Schoener, J. B. Shurin, A. R. E. Sinclair, M. E. Soulé, R. Virtanen & D. A. Wardle, 2011. Trophic Downgrading of Planet Earth. Science, 333: 301–306. 5. Montoya, J. M. & D. Raffaelli, 2010. Climate change, biotic interactions and ecosystem services. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 365: 2013–2018. 6. Grinnell, J., 1917. The Niche-Relationships of the California Thrasher. The Auk, 34: 427–433. 7. Hutchinson, G. E., 1957. Concluding Remarks. Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology, 22: 415–427. 8. Elton, C. S. (Charles S., 1927. Animal ecology. New York, Macmillan Co. 9. Genoways, H. H. (Ed.), 1987. Current Mammalogy: Volume 1. Springer US. 10. Masini, F. & B. Sala, 2007. Large- and small-mammal distribution patterns and chronostratigraphic boundaries from the Late Pliocene to the Middle Pleistocene of the Italian peninsula. Quaternary International, 160: 43–56. 11. MacArthur, R., H. Recher & M. Cody, 1966. On the Relation between Habitat Selection and Species Diversity. The American Naturalist, 100: 319–332. 12. Brokaw, N. V. L. & R. A. Lent, 1999. Vertical structure. Pages 373–399 Maintaining Biodiversity in Forest Ecosystems. Cambridge: Cambridge University Press. 13. Culbert, P. D., V. C. Radeloff, C. H. Flather, J. M. Kellndorfer, C. D. Rittenhouse & A. M. Pidgeon, 2013. The Influence of Vertical and Horizontal Habitat Structure on Nationwide Patterns of Avian BiodiversityLa Influencia de la Estructura Vertical y Horizontal del Hábitat en los Patrones de Diversidad de Aves a Escala Nacional. The Auk, 130: 656–665. 14. P. S. Corn, 2007. Climate change and amphibians. Animal Biodiversity and Conservation, 28. 15. Hecnar, S. & R. M’Closkey, 1996. Amphibian species richness and distribution in relation to pond water chemistry in south‐western Ontario, Canada. Freshwater Biology, 36: 7–15. 16. Porter, K. R., 1972. Herpetology. Philadelphia, PA : Saunders. ] --- class: inverse .center[.huge[**Questions?**]] <br><br> .left[ **Remerciements** - Spécialement Willian Vieira <h2> - Guillaume Blanchet <h2> - Dominique Gravel <h2> - Laboratoire d'écologie intégrative ] .pull-right1[ <br> <br> ]