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Demographic buffering and lability have been identified as adaptive strategies to optimise fitness in a fluctuating environment. These are not mutually exclusive, however, we lack efficient methods to measure their relative importance for a given life history. Here, we decompose the stochastic growth rate (fitness) into components arising from nonlinear responses and variance–covariance of demographic parameters to an environmental driver, which allows studying joint effects of buffering and lability. We apply this decomposition for 154 animal matrix population models under different scenarios to explore how these main fitness components vary across life histories. Faster-living species appear more responsive to environmental fluctuations, either positively or negatively. They have the highest potential for strong adaptive demographic lability, while demographic buffering is a main strategy in slow-living species. Our decomposition provides a comprehensive framework to study how organisms adapt to variability through buffering and lability, and to predict species responses to climate change.

Global temperatures are increasing, afecting timing and availability of vegetation along with relationships between plants and their consumers. We examined the efect of population density, herd body condition in the previous year, elevation, plant productivity and phenology, snow, and winter onset on juvenile body mass in 63 semi-domesticated populations of Rangifer tarandus throughout Norway using spatiotemporal generalized additive models (GAMs) and varying coefcient models (VCMs). Optimal climate windows were calculated at both the regional and national level using a novel nonlinear climate window algorithm optimized for prediction. Spatial and temporal variation in efects of population and environmental predictors were considered using a model including covariates decomposed into spatial, temporal, and residual components. The performance of this decomposed model was compared to spatiotemporal GAMs and VCMs. The decomposed model provided the best ft and lowest prediction errors. A positive efect of herd body condition in the previous year explained most of the deviance in calf body mass, followed by a more complex efect of population density. A negative efect of timing of spring and positive efect of winter onset on juvenile body mass suggested that a snow free season was positive for juvenile body mass growth. Our fndings suggest early spring onset and later winter permanent snow cover as reinforcers of early-life conditions which support more robust reindeer populations. Our methodological improvements for climate window analyses and efect size measures for decomposed variables provide important contributions to account for, measure, and interpret nonlinear relationships between climate and animal populations at large scales. Climate window · Decomposed covariates · Generalized additive models · Plant productivity · Reindeer · Varying coefcient models

Growth of human populations and economy causes human societies to be more and more dependent on ecosystem services. Understand the mechanisms underlying the response of biological systems to global changes is thus a scientific and social issue. This research was thank and realized when developing a long term monitoring scheme for mountain birds with different research teams and conservation stakeholders. In this long term monitoring, birds are used as indicators of the effects of global changes on biodiversity. Mountain massifs of France are exposed to climate change, and land use evolution, as livestock grazing is dependent on raw material prices and public support. Mountains are interesting, but contingent, ecological contexts to study the effects of global changes on biodiversity, due to the sharp bioclimatic gradients and facet landscapes. My main objective was to characterize and quantify the respective effects of temperature, vegetation structure, and livestock grazing activities on this bird community, to better predict the consequences of major climate and land use changes. Elevation gradient have been mostly studied in isolated sites and large elevation gradients. Following our main objective, in the first chapter, we chose the opposite approach, by multiplying study sites in a standardized habitat (open grasslands, 1100 point counts in Alps and Pyrenees). Our results show that primary productivity, temperature and habitat structure all influence the bird community. Also 5 out of the 8 most common species seemed to be favorited by livestock grazing activities. In the second chapter, I tested the effect of the strong seasonality typical from temperate mountains’ climate, by testing it’s effect on the survival of individuals in a population of alpine Choughs Pyrrhocorax graculus. I relied on the CMR survey of more than 1000 individuals carried out by Anne Delestrade during 30 years. Choughs show the highest survival known in corvids, with a seasonal pattern, in interaction with individuals’ states like sex group. Adult females also showed lower spring survival after warm winters. In third chapter I speculated on the ability of insectivorous passerines to get benefit from the presence of large domestic herbivorous mammals, by eating coprophagous insects. I measured the stable nitrogen isotopic ratios in the feces of most common birds to provide an estimation of the trophic level of birds’ preys, and thus test my hypothesis and eventually quantify the mechanism. We observed, in both mountain massif, a shift from herbivorous from higher trophic level insects catched by birds, from locations with low grazing intensity to those with high grazing intensity. The last chapter present an evaluation of the potential of adaptive niche based sampling to increase the ability to find rare species in new localities. This study includes simulations and field test in the Pyrenees mountains on two alpine bird species, Snowfinch Montifringilla nivalis and rock Thrush Monticolla saxatilis. Results show the strong potential of the method in the field, and its limit, with an increase in specificity at the cost of omissions that also increase. As a general discussion, I develop research perspective to generalize the strong link found between birds’ diet and large mammalian herbivores, and to better understand the phenology of populations facing unpredictable snow cover during breeding period.; Du fait de la croissance démographique et économique de la population humaine, nos sociétés sont de plus en plus dépendantes de la nature, et plus précisément de certains processus biologiques regroupés sous le terme services écosystémiques. Comprendre les mécanismes de réponse des systèmes biologiques face aux changements globaux que nos activités induisent à plusieurs échelles est donc un enjeu scientifique et de société. Cette thèse a été pensée et réalisée en interaction avec plusieurs équipes de recherche et gestionnaires d’espaces naturels dans le cadre du développement d’un suivi temporel des oiseaux de montagne comme indicateurs des conséquences des changements globaux sur la biodiversité. Les massifs montagneux de France sont en effet exposés aux changements de climat et à l’évolution de l’élevage des grands herbivores, une activité exposée aux fluctuations des prix des matières premières et des aides publiques. Les forts gradients bioclimatiques « en facettes » (selon l’exposition) qui caractérisent des massifs montagneux font de ces espaces des modèles d’étude particulièrement intéressants pour étudier les effets des changements globaux sur la biodiversité, mais aussi fortement contingents. L’objet général de ma thèse est d’identifier et de quantifier le rôle respectif de la température, de la structure de la végétation, et des activités d’élevage, sur cette communauté d’oiseaux, afin de mieux comprendre quelles pourraient être les conséquences de changements majeurs de climat et d’usage des terres. Les gradients altitudinaux ont été historiquement étudiés de façon isolée et dans de grandes diversités d’habitats. Suivant les objectifs généraux de la thèse nous avons choisi d’adopter l’approche inverse dans le premier chapitre, en multipliant les sites d’études dans un habitat standardisé (1100 points d’écoute réalisés dans les Alpes et les Pyrénées). Nos résultats montrent que la ressource, la température et la structure de l’habitat influent fortement sur la communauté. De plus 5 des 8 espèces étudiées semblent favorisées par le pâturage. Dans le second chapitre, j’ai testé l’effet de la forte saisonnalité qui caractérise le climat des massifs montagneux tempérés, en testant son effet sur la survie individuelle dans une population de Chocards à bec jaune Pyrrhocorax graculus. Je me suis appuyé pour cela sur un suivi individuel (CMR) d’un millier d’individus mené pendant 30 ans par Anne Delestrade. Les Chocards présentent une survie forte et un patron saisonnier, en interaction avec le sexe des individus, avec une survie plus basse pour les femelles après les hivers et printemps chauds. J’ai ensuite présumé que les passereaux insectivores savent profiter des troupeaux en consommant des insectes coprophages. J’ai mesuré les ratios isotopiques stables de l’azote présents dans les fèces des oiseaux les plus communs pour estimer le niveau trophique de leurs proies, et ainsi tester cette hypothèse et quantifier le mécanisme. On observe dans les deux massifs un décalage très marqué vers le prélèvement d’insectes non-herbivores quand l’intensité de pâturage augmente. Le dernier chapitre évalue le potentiel d’échantillonnages itératifs basés sur des modèles de répartition d’espèces pour augmenter la probabilité de contacter une espèce rare dans de nouvelles localités. Cette étude comprend des simulations et un test de terrain dans les Pyrénées sur la Niverolle alpine Montifringilla nivalis et le Monticole de roche Monticolla saxatilis. Les résultats montrent le fort potentiel de la méthode en pratique, et ses limites, avec une augmentation de la spécificité au détriment d’une augmentation des omissions. En discussion générale, je propose des perspectives de recherche visant à généraliser le lien fort entre régime alimentaire des oiseaux de montagne et troupeaux de mammifères herbivores, et à mieux comprendre la phénologie des populations des pelouses d’altitude en fonction de l’enneigement.

Growth of human populations and economy causes human societies to be more and more dependent on ecosystem services. Understand the mechanisms underlying the response of biological systems to global changes is thus a scientific and social issue. This research was thank and realized when developing a long term monitoring scheme for mountain birds with different research teams and conservation stakeholders. In this long term monitoring, birds are used as indicators of the effects of global changes on biodiversity. Mountain massifs of France are exposed to climate change, and land use evolution, as livestock grazing is dependent on raw material prices and public support. Mountains are interesting, but contingent, ecological contexts to study the effects of global changes on biodiversity, due to the sharp bioclimatic gradients and facet landscapes. My main objective was to characterize and quantify the respective effects of temperature, vegetation structure, and livestock grazing activities on this bird community, to better predict the consequences of major climate and land use changes. Elevation gradient have been mostly studied in isolated sites and large elevation gradients. Following our main objective, in the first chapter, we chose the opposite approach, by multiplying study sites in a standardized habitat (open grasslands, 1100 point counts in Alps and Pyrenees). Our results show that primary productivity, temperature and habitat structure all influence the bird community. Also 5 out of the 8 most common species seemed to be favorited by livestock grazing activities. In the second chapter, I tested the effect of the strong seasonality typical from temperate mountains’ climate, by testing it’s effect on the survival of individuals in a population of alpine Choughs Pyrrhocorax graculus. I relied on the CMR survey of more than 1000 individuals carried out by Anne Delestrade during 30 years. Choughs show the highest survival known in corvids, with a seasonal pattern, in interaction with individuals’ states like sex group. Adult females also showed lower spring survival after warm winters. In third chapter I speculated on the ability of insectivorous passerines to get benefit from the presence of large domestic herbivorous mammals, by eating coprophagous insects. I measured the stable nitrogen isotopic ratios in the feces of most common birds to provide an estimation of the trophic level of birds’ preys, and thus test my hypothesis and eventually quantify the mechanism. We observed, in both mountain massif, a shift from herbivorous from higher trophic level insects catched by birds, from locations with low grazing intensity to those with high grazing intensity. The last chapter present an evaluation of the potential of adaptive niche based sampling to increase the ability to find rare species in new localities. This study includes simulations and field test in the Pyrenees mountains on two alpine bird species, Snowfinch Montifringilla nivalis and rock Thrush Monticolla saxatilis. Results show the strong potential of the method in the field, and its limit, with an increase in specificity at the cost of omissions that also increase. As a general discussion, I develop research perspective to generalize the strong link found between birds’ diet and large mammalian herbivores, and to better understand the phenology of populations facing unpredictable snow cover during breeding period.; Du fait de la croissance démographique et économique de la population humaine, nos sociétés sont de plus en plus dépendantes de la nature, et plus précisément de certains processus biologiques regroupés sous le terme services écosystémiques. Comprendre les mécanismes de réponse des systèmes biologiques face aux changements globaux que nos activités induisent à plusieurs échelles est donc un enjeu scientifique et de société. Cette thèse a été pensée et réalisée en interaction avec plusieurs équipes de recherche et gestionnaires d’espaces naturels dans le cadre du développement d’un suivi temporel des oiseaux de montagne comme indicateurs des conséquences des changements globaux sur la biodiversité. Les massifs montagneux de France sont en effet exposés aux changements de climat et à l’évolution de l’élevage des grands herbivores, une activité exposée aux fluctuations des prix des matières premières et des aides publiques. Les forts gradients bioclimatiques « en facettes » (selon l’exposition) qui caractérisent des massifs montagneux font de ces espaces des modèles d’étude particulièrement intéressants pour étudier les effets des changements globaux sur la biodiversité, mais aussi fortement contingents. L’objet général de ma thèse est d’identifier et de quantifier le rôle respectif de la température, de la structure de la végétation, et des activités d’élevage, sur cette communauté d’oiseaux, afin de mieux comprendre quelles pourraient être les conséquences de changements majeurs de climat et d’usage des terres. Les gradients altitudinaux ont été historiquement étudiés de façon isolée et dans de grandes diversités d’habitats. Suivant les objectifs généraux de la thèse nous avons choisi d’adopter l’approche inverse dans le premier chapitre, en multipliant les sites d’études dans un habitat standardisé (1100 points d’écoute réalisés dans les Alpes et les Pyrénées). Nos résultats montrent que la ressource, la température et la structure de l’habitat influent fortement sur la communauté. De plus 5 des 8 espèces étudiées semblent favorisées par le pâturage. Dans le second chapitre, j’ai testé l’effet de la forte saisonnalité qui caractérise le climat des massifs montagneux tempérés, en testant son effet sur la survie individuelle dans une population de Chocards à bec jaune Pyrrhocorax graculus. Je me suis appuyé pour cela sur un suivi individuel (CMR) d’un millier d’individus mené pendant 30 ans par Anne Delestrade. Les Chocards présentent une survie forte et un patron saisonnier, en interaction avec le sexe des individus, avec une survie plus basse pour les femelles après les hivers et printemps chauds. J’ai ensuite présumé que les passereaux insectivores savent profiter des troupeaux en consommant des insectes coprophages. J’ai mesuré les ratios isotopiques stables de l’azote présents dans les fèces des oiseaux les plus communs pour estimer le niveau trophique de leurs proies, et ainsi tester cette hypothèse et quantifier le mécanisme. On observe dans les deux massifs un décalage très marqué vers le prélèvement d’insectes non-herbivores quand l’intensité de pâturage augmente. Le dernier chapitre évalue le potentiel d’échantillonnages itératifs basés sur des modèles de répartition d’espèces pour augmenter la probabilité de contacter une espèce rare dans de nouvelles localités. Cette étude comprend des simulations et un test de terrain dans les Pyrénées sur la Niverolle alpine Montifringilla nivalis et le Monticole de roche Monticolla saxatilis. Les résultats montrent le fort potentiel de la méthode en pratique, et ses limites, avec une augmentation de la spécificité au détriment d’une augmentation des omissions. En discussion générale, je propose des perspectives de recherche visant à généraliser le lien fort entre régime alimentaire des oiseaux de montagne et troupeaux de mammifères herbivores, et à mieux comprendre la phénologie des populations des pelouses d’altitude en fonction de l’enneigement.