Denning Phenology Mediates Sea-Ice Loss Impacts on Early Reproductive Success in Polar Bears.

内容摘要

Climate change is disrupting myriad biological processes, including the ability of species to synchronize life-history events with optimal environmental conditions, with potential fitness impacts. Changes in migratory and breeding phenology and their consequences on fitness have been well studied in birds and some mammals. By contrast, changes in the phenology of overwinter sheltering and their influence on fitness have rarely been investigated. Pregnant female polar bears (Ursus maritimus) spend the winter fasting in a maternity den where they give birth and nurse their cubs until emergence in early spring. To sustain their fast, females rely on energy stores built primarily through consumption of ice-associated seals. Here, we assess the impact of sea-ice loss driven by climate change on early reproductive success acting through disrupted denning phenology and other unspecified factors. To do so, we develop a Bayesian hierarchical model combining capture-recapture and path modeling. We apply it to 38 years of capture-recapture data along with biologging data on denning status and phenology, while accounting for imperfect detection and uncertainty in individual denning schedules. We found that low sea-ice availability led to earlier den emergence, which in turn reduced early litter survival and possibly litter size. By contrast, there was little evidence that sea-ice availability affected early reproductive success through pathways independent of denning phenology (e.g., litter mass). Considering both direct and indirect effects, low sea-ice availability reduced early litter survival but not the size of surviving litters. Given the strong link between sea-ice conditions and body condition in female polar bears, we conclude that sea-ice loss exerts an energetic constraint on denning females, forcing them to depart from dens early, which jeopardizes their cubs, ultimately reducing maternal fitness. Similar impacts of climate change may occur in other species where phenology is determined by body condition. Le changement climatique perturbe de nombreux mécanismes biologiques, notamment la capacité d'espèces à synchroniser des évènements de leur histoire de vie avec les conditions environnementales optimales, ce qui peut avoir des conséquences sur leur valeur sélective. Les changements de phénologie de la migration et de la reproduction, et leurs conséquences sur la valeur sélective sont bien étudiés chez les oiseaux et certains mammifères. En revanche, les changements dans la phénologie d'hivernage dans un abris ont rarement été étudiés. Les ourses polaires (Ursus maritimus) enceintes passent l'hiver dans une tanière de maternité. Elles y donnent naissance et allaitent leurs oursons, avant d'en sortir au début du printemps. Durant leur jeûne, les femelles consomment des réserves d'énergies qu'elles ont constituées principalement en se nourrissant de phoques associés à la banquise. Dans cette étude, nous évaluons l'impact de la réduction de la banquise sur le succès reproducteur des ourses polaires au travers de la phénologie de l'hivernage en tanière de maternité, et d'autres facteurs non‐spécifiés. Pour cela, nous développons un modèle hiérarchique combinant la modélisation par capture–recapture et l'analyse de chemin dans un cadre Bayésien. Nous appliquons ce modèle à 38 années de données de suivi par capture–recapture et de suivi des hivernages en tanière par biologging, tout en tenant compte de la détection imparfaite et de l'incertitude qui entoure la phénologie de nombre d'hivernages en tanière de maternité. Nous montrons qu'une faible disponibilité de banquise cause un départ précoce de la tanière, ce qui réduit la probabilité de survie précoce de la portée d'oursons, et potentiellement le nombre d'oursons par portée survivante. En revanche, il n'y a guère d'indications que la disponibilité de banquise affecte le succès reproducteur précoce à travers d'autres mécanismes (comme la masse des oursons par exemple). En tenant compte des effets direct et indirects, la réduction de la banquise affecte négativement la probabilité de survie précoce des portées d'oursons, mais pas le nombre d'oursons par portée survivante. Étant donné le lien qui existe entre la disponibilité de banquise et la condition corporelle des ourses polaires, nous en concluons que la réduction de la banquise exerce une contrainte énergétique sur les ourses polaires, les forçant à émerger précocement de leur tanière de maternité au risque de perdre leurs oursons. De telles réductions de la valeur sélective dus à des changements phénologiques en réponse au changement climatique sont susceptibles de se produire dans d'autres système où la phénologie d'événements importants est dictée par la condition corporelle.