Modelling population dynamics in presence of hybridization | Modélisation de la dynamique de population en présence d'hybridation

English. Hybridization is the interbreeding of individuals from distinct populations. Anthropogenic hybridization is a significant threat that can cause species’ extinction. It is therefore fundamental to assess this threat and evaluate the effectiveness of management actions in an adaptive management loop. We developed demographic estimation and projection models to answer to these questions and showed their application.In the first chapter we: 1) developed a model to estimate prevalence in free‐ranging populations 2) carried out a simulation study to i) evaluate model performance, ii) compare it to naive quantifications of prevalence and iii) assess the accuracy of model-based estimates of prevalence under different sampling scenarios. The main results from this chapter were that i) the prevalence of hybrids could be estimated ii) model‐based prevalence consistently had better performance than naive prevalence in the presence of differential detectability and assignment probability and was unbiased for sampling scenarios with high detectability. Our results underline the importance of a model‐based approach to obtain unbiased estimates of prevalence of different population segments.In the second chapter we adopted targeted non-invasive genetic sampling and the capture-recapture estimation model developed in Chapter 1 to estimate the prevalence of wolf-dog hybrids in a local, protected wolf population in the northern Apennines, Italy. We discuss the results in the light of previous assessment of prevalence of wolf x dog admixed individuals in Western Europe and we illustrate the implications of the results for wolf conservation and for the management of wolf x dog hybridization in human-dominated landscapes. In particular, we estimated 64-78% recent hybrids occurring in 6 out of the 7 surveyed packs. Our findings underline that in human-modified landscapes wolf-dog hybridization may raise to unexpected levels if left unmanaged, and that reproductive barriers or dilution of dog genes through backcrossing should not be expected, per se, to prevent occurrence and the spread of introgression.In the third chapter we present a new matrix population model to project population dynamics of animal populations in presence of hybridization. We apply the model to two real-world case studies of terrestrial (wolf x dog) and marine mammal species (common dolphin Delphinus delphis x striped dolphin Stenella coeruleoalba). Our projections highlighted that i) hybridization leads to genomic extinction in the absence of reproductive isolation, ii) rare or depleted species are particularly vulnerable to genomic extinction, iii) genomic extinction depends mainly on demographic parameters of parental species, iiii) maintaining healthy and abundant populations prevents genomic extinction.In the fourth chapter we built an individual based model describing the life cycle of the gray wolf by contemplating social dynamics traits linked to hybridization rates. We applied this model to investigate the hybridization dynamics of wolves in a study population the Northern Apennines, Italy, in order to evaluate the effectiveness of different management scenarios aimed to reduce the abundance of admixed individuals during a ten-generation time. We showed that in presence of continuative immigration of admixed individuals any management action proved ineffective. In presence of immigration by pure wolves all management actions produced a decrease in prevalence, although their relative effectiveness changed depending on the mating choice scenario. In all the simulated scenarios, the impact of hybridization is predicted to extend at broad scales as large numbers of admixed dispersers are produced. Moreover, we identified demographic and social processes that need to be further investigated to more accurately project the outcomes of management alternatives.

French. Dans le premier chapitre, nous avons développé un modèle pour estimer la prévalence dans les populations animaux, réalisé une étude de simulation pour évaluer les performances du modèle, les comparer à des quantifications naïves de la prévalence et évaluer l'exactitude des estimations de la prévalence dans différents scénarios d'échantillonnage. Les principaux résultats de ce chapitre étaient que la prévalence des hybrides pouvait être estimée, la prévalence basée sur le modèle avait systématiquement de meilleures performances que la prévalence naïve. Nos résultats soulignent l'importance d'une approche basée sur un modèle pour obtenir des estimations précises de la prévalence de différents segments de la population. Dans le deuxième chapitre, nous estimé la prévalence des hybrides chiens-loups dans une population locale et protégée de loups dans le nord des Apennins, en Italie. Nous discutons des résultats à la lumière de l'évaluation précédente de la prévalence des hybrides loup x chien en Europe occidentale et nous illustrons les implications des résultats pour la conservation et la gestion du loup dans les paysages dominés par l'homme. En particulier, nous avons estimé 64 à 78% d'hybrides récents survenant dans 6 des 7 meutes étudiés. Nos résultats soulignent que dans les paysages modifiés par l'homme, l'hybridation chien-loup peut atteindre des niveaux inattendus si elle n'est pas gérée et que les barrières reproductives ou la dilution des gènes des chiens par rétro-croisement ne devraient pas, en soi, empêcher la survenue et la propagation de l'introgression.Dans le troisième chapitre, nous présentons un nouveau modèle matriciel de population pour projeter la dynamique de population des populations animales en présence d'hybridation. Nous appliquons le modèle à deux études de cas du monde réel d'espèces de mammifères terrestres (loup x chien) et marins (dauphin commun Delphinus delphis x dauphin bleu et blanc Stenella coeruleoalba). Nos projections ont mis en évidence que l'hybridation conduit à l'extinction génomique en l'absence d'isolement reproductif, les espèces rares ou épuisées sont particulièrement vulnérables à l'extinction génomique, l'extinction génomique dépend principalement des paramètres démographiques des espèces parentales, du maintien en bonne santé et abondant les populations empêchent l'extinction génomique.Dans le quatrième chapitre, nous avons construit un modèle individuel décrivant le cycle de vie du loup gris en envisageant des traits de dynamique sociale liés aux taux d'hybridation. Nous avons appliqué ce modèle pour étudier la dynamique d'hybridation des loups dans une population d'étude des Apennins du Nord, en Italie, afin d'évaluer l'efficacité de différents scénarios de gestion visant à réduire l'abondance des individus mélangés pendant une période de dix générations. Nous avons montré qu'en présence d'une immigration continue des hybrides, toute mesure de gestion s'est révélée inefficace. En présence d'immigration de loups purs, toutes les mesures de gestion ont entraîné une diminution de la prévalence bien que leur efficacité relative ait changé en fonction du scénario de choix d'accouplement. Dans tous les scénarios simulés, l'impact de l'hybridation devrait s'étendre à grande échelle à mesure que de nombreux disperseurs hybrides sont produits. De plus, nous avons identifié des processus démographiques et sociaux qui doivent être approfondis pour projeter plus précisément les résultats des alternatives de gestion.