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actualités - Laboratoire d'Océanographie de Villefranche-sur-Mer
Unité Mixte de Recherche 7093 – CNRS/UPMC

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Soutenance de Thèse de Doctorat de SIMON RAMONDENC le 24 Novembre 2017

Analyse des variations spatio-temporelles du zooplancton gélatineux et son effet sur les flux de matière à l'aide d'une approche combinant expérimentation et écologie numérique

 

LE VENDREDI 24 NOVEMBRE 2017 à 14h00 en salle Trégouboff.
Directeurs de Thèse : Fabien Lombard et Lionel Guidi

 

Composition du Jury :

Louis Legendre (Président de jury)
Juan Carlos Molinero (Rapporteur)
Delphine Thibault (Rapporteur)
Fabrice Not (Examinateur)
Damien Eveillard (Examinateur)
Laurent Bopp (Examinateur)

Résumé de la Thèse :

Le terme plancton désigne l'ensemble des organismes dérivant au gré des courants marins. On distingue le plancton végétal et principalement photosynthétique, "le phytoplancton", du plancton animal hétérotrophe, "le zooplancton". Au cours des dernières décennies, de nombreuses études ont documenté une croissance de l'abondance et de la distribution spatiale du zooplancton gélatineux à travers diverses régions. Même si le terme "gélification" des océans doit être utilisé avec beaucoup de précautions, des régions comme la mer Méditerranée montrent une constante augmentation des méduses au cours de ces 40 dernières années. L'espèce Pelagia noctiluca (Forsskål, 1775) est considérée comme étant la méduse la plus abondante du bassin méditerranéen depuis les années 70. Du fait de leur présence massive dans cette région, il est primordial d'évaluer précisément leur impact à la fois sur les cycles biogéochimiques et sur la structuration des écosystèmes pélagiques. Pour cela, les deux processus majeurs de transfert de matière dans l'écosystème doivent être étudiés : la séquestration de carbone via la pompe biologique et le transfert de carbon au sein des réseaux trophiques.

Cette thèse s'articule autour de trois axes majeurs: (i) réaliser un premier bilan de l'export de carbone organique particulaire (POCtotal) et dissous (DOC) en mer Méditerranée, (ii) construire un modèle écophysiologique de P. noctiluca pour déterminer sa contribution à la pompe biologique, et (iii) évaluer le niveau trophique de P. noctiluca et son impact potentiel sur les niveaux trophiques inférieurs.

Nous avons dans un premier temps créé une base de données de mesures de POCtotal collectées entre 1991 et 2001 à l'aide de trappes à sédiment dérivantes, et à l'aide du profileur de vision marine (UVP). Nous avons ainsi souligné l'existence d'un gradient longitudinal de la taille et de l'export des particules décroissant d'Ouest en Est, en lien avec des processus physiques et biologiques. L'approche par modélisation couplée à une méthode innovante d'inférence de paramètres (Statistical Model Checking Engine) a permis d'estimer la quantité de matière fécale produite par P. noctiluca susceptible de sédimenter vers l'océan profond (POCjelly). La comparaison entre le POCtotal et le POCjelly en mer Ligure a révélé que la contribution de cette espèce à la pompe biologique est faible à l'échelle régionale, mais potentiellement forte à l'échelle locale. Le régime trophique de P. noctiluca a été étudié via des analyses du contenu stomacal et d'isotopes stables de méduses cultivées en laboratoire et/ou prélevées in situ. Nos observations démontrent que P. noctiluca est une espèce opportuniste. Néanmoins, nos résultats suggèrent que le fractionnement isotopique communément appliqué pour de nombreuses espèces marines entre chaque niveau trophique (+1‰ delta13C; +3‰ delta15N) pourrait être inapproprié pour définir le niveau trophique des méduses.

Les travaux réalisés au cours de cette thèse constituent une première étape qui ouvre la porte à de nombreuses perspectives de recherche : (i) déterminer la niche écologique du zooplancton gélatineux pour prédire les tendances futures, (ii) développer un dispositif expérimental ambitieux qui permettrait de tester les résultats obtenus en laboratoire et par modélisation dans un cadre se rapprochant des conditions in situ, (iii) identifier et caractériser le rôle du zooplancton gélatineux sur la dépollution des eaux de surface au détriment des écosystèmes profonds et (iv) utiliser des approches génomique et numérique tels que les réseaux de co-occurences pour identifier la place de P. noctulica et d'autres gélatineux dans les réseaux trophiques.

 

Abstract :

The term "plankton" refers to all the organisms drifting in the water following the currents. Commonly, the vegetable autotrophic and mainly photosynthetic, "phytoplankton" is distinguished from the heterotrophic and animal "zooplankton". In the last decades, many studies reported an increase in the abundances and spatial distributions of gelatinous zooplankton in many oceans. Even if the concept of "jellyfication of the oceans" needs to be used with caution, jellyfish populations show an increase in Mediterranean Sea over the last 40 years. The species Pelagia noctiluca (Forsskål, 1775) is considered as the most abundant jellyfish in the Mediterranean basin since the 70s. Due to its massive presence in this area, it is essential to evaluate precisely the impact of P. noctiluca on both biogeochemical cycles and pelagic ecosystem structure. Thus, the contribution of P. noctiluca to the two main factors regulating the biological carbon transfer in the oceans: carbon sequestration via the biological carbon pump and carbon transfer through trophic networks.

This manuscript is divided in 3 main sections : (i) providing an initial budget of the particulate (POCtotal) and dissolved organic carbon (DOC) in the Mediterranean sea, (ii) building an ecophysiological model of P. noctiluca to estimate its contribution to the biological carbon pump, and (iii) assessing the trophic level of P. noctiluca and its potential impact on lower trophic levels.

First, we built a database of POCtotal measurements collected between 1991 and 2011 by drifting sediment traps and estimated using the Underwater Vision Profiler (UVP). Analysing this database highlighted the West-East decreasing gradient of particles size and export following physical and biological processes. The modelling approach, coupled with the innovative application of the "Statistical Model Checking Engine" (SMCE) method, was used to estimate the amount of fecal matter produced by P. noctiluca that is exported to the deep ocean (POCjelly). The comparison between POCtotal and POCjelly in the Ligurian Sea revealed that the contribution of P. noctiluca to the biological carbon pump is low at the regional scale, but potentially important at the local scale. The trophic diet of P. noctiluca was studied through gut contents, and stable isotopes analyses performed on jellyfishes from laboratory cultures and/or in situ sampling. Our observations are in line with previous studies that demonstrate that P. noctiluca is an opportunistic species. Nevertheless, our results suggest that the standard isotope fractionation that is commonly applied to identify shifts in trophic levels between marine organisms (+1‰ delta13C; +3‰ delta15N) could be inappropriate to define the trophic level of jellyfish.

The results obtained during my PhD lead to several research perspectives: (i) defining the environmental niche model of gelatinous zooplankton in order to predict potential future trends, (ii) designing an ambitious experimental system to test the results obtained in the laboratory and with modelling approach in condition that are similar to those in situ, (iii) identifying and characterizing the role of gelatinous zooplankton in the depollution of surface waters to the detriment of deep sea ecosystems, and (iv) using genomics and numerical approaches such as co- occurrence networks to infer the position of P. noctiluca and other gelatinous plankton in marine food webs.