New method for field studies on the parapatric distribution of sibling species

• Published in: Comptes rendus de l'Académie des sciences, Série III, Sciences de la vie Vol. 322; no. 12; pp. 1039 - 1050
• Main Authors: Gourbiere, Sébastien, Faivre, Bruno, Chassé, Jean-Luc, Auger, Pierre
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Paris Elsevier B.V 01.12.1999; Elsevier
• Subjects: Animal, plant and microbial ecology; bande de sympatrie; Biological and medical sciences; compétition interspecifique; coupled map lattice; distributions parapatriques; espèces jumelles; Fundamental and applied biological sciences. Psychology; General aspects. Techniques; Hippolais; interspecific competition; Methods and techniques (sampling, tagging, trapping, modelling...); parapatric distributions; prédation sélective; selective predation; sibling species; sympatric area; sympatric area; coupled map lattice; distributions parapatriques; interspecific competition; espèces jumelles; prédation sélective; bande de sympatrie; parapatric distributions; sibling species; selective predation; Hippolais; compétition interspecifique; Vertebrata; Investigation method; Geographic distribution; Sibling species; Interspecific competition; Sympatry; Population dynamics; Aves; Dispersion
• ISSN: 0764-4469
• DOI: 10.1016/S0764-4469(99)00103-1

Spatial segregation (parapatry) often occurs between closely related species. The distributions of the two species are sometimes defined with a small overlapping zone (called a `sympatric area') which generally shifts. Exclusion is necessary to explain the persistence and shift of such a spatial pattern. Field studies are carried out to identify the type of interaction that leads to the required exclusion. This is usually achieved by estimating competition and predation parameters to define the type of interaction strong enough to imply exclusion. But interaction parameters are estimated by quantitative methods which require prolonged observation (5–10 years). These estimations are thus difficult to obtain and are open to criticism because of the spatial and temporal variations in the biotic context. Now the study of these variations requires estimation of several other interaction parameters (for different times and sites); therefore, we are unable to discuss these criticisms from a study of realistic duration. We have, therefore, developed a faster study method using the spatial properties of the sympatric area (width and velocity). We used a between-species competition and a predation model, spatially extended with coupled map lattice formalism (CML), to generate substitution waves corresponding to the `moving sympatric area' and to study their spatial properties (asymptotic width and velocity). The relationships between the asymptotic width and the interaction level had different shapes with competition and predation parameters. We used this difference to define a rapid study method that does not use quantitative estimations of the interaction parameters. This method is more reliable than the usual method with respect to the above criticisms. These findings may have considerable consequences for field studies of parapatry. Dans un complexe d'espèce jumelles la distribution spatiale des espèces est très souvent de type parapatrique. Cependant, la ségrégation spatiale n'est généralement pas totale et à la frontière des aires de distributions des deux espèces se trouvent des zones de chevauchement qui constituent une « bande de sympatrie ». Dans un certain nombre de cas, cette bande de sympatrie se déplace par régression d'une des deux espèces au profit de l'autre. Cette évolution des aires de répartition des deux espèces s'explique par l'existence d'un processus de substitution de l'espèce en régression par l'espèce en expansion. Le principal objectif des études in situ est d'identifier le processus d'interaction qui est responsable de cette substitution. La méthode classique consiste à estimer les paramètres de compétition et de prédation pour déterminer si ces interactions s'expriment à un niveau suffisamment élevé pour conduire à l'exclusion d'une espèce par l'autre. Cependant, les estimations quantitatives des coefficients d'interactions sont assez longues à réaliser (5–10 ans). L'obtention des résultats est donc difficile et les critiques qui leur sont faites ne peuvent pas être discutées car cela nécessiterait de nombreuses estimations supplémentaires des coefficients d'interactions. Nous avons donc cherché une méthode d'étude plus rapide qui repose sur les propriétés spatiales de la bande de sympatrie (largeur et vitesse de déplacement) car celles-ci sont beaucoup plus facilement mesurables. Nous avons pour cela reproduit le déplacement des bandes de sympatrie en générant des ondes de substitution à partir de modèles de compétition et de prédation spatialement explicites de type Coupled map lattice (CML). Le résultat essentiel est que la forme de la relation existant entre la largeur asymptotique de la bande de sympatrie et les valeurs des paramètres d'interaction est différente lorsqu'il s'agit de compétition et de prédation. Cette différence de forme permet de définir une méthode d'étude plus rapide à mettre en œuvre que la précédente car elle ne nécessite plus d'estimations quantitatives des paramètres d'interactions. Elle permet en outre de répondre aux principales critiques faites à la méthode actuelle. Nos résultats ont donc des conséquences méthodologiques importantes pour l'étude des distributions parapatriques.