Réponses métaboliques des communautés planctoniques marines aux perturbations : apport des mesures à haute fréquence acquises dans les mésocosmes in situ - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Metabolic responses of marine planktonic communities to perturbations : input of high frequency measurements acquired in in situ mesocosms

Réponses métaboliques des communautés planctoniques marines aux perturbations : apport des mesures à haute fréquence acquises dans les mésocosmes in situ

Résumé

Planktonic processes playing a key role in the fate of matter and global biogeochemical cycles, gross primary production (GPP), net community production (NCP) respiration (R), growth (µ) and loss (l) rates of phytoplankton were quantified using high-frequency (HF) data acquired by sensors immersed in in situ mesocosms during experiments simulating warming (Thau Lagoon) and brownification (Hopavågen Bay, Norway). A new method for estimating GPP, R and NCP was established using sensor data measuring dissolved O2 concentration from experiments in Thau lagoon. It was compared with an existing method using HF data and with the classical incubation technique (Winkler). It has the advantage of considering the variability in the coupling between day-night and dissolved O2 cycles and allowed to estimate a daytime respiration on average 41% higher than the nighttime one, in agreement with the positive theoretical effect of light on respiration. Application of this new method in an experiment testing the effects of brownification on planktonic community functioning in Hopavågen Bay revealed a negative effect of brownification of about 30% on GPP and R, associated with significant changes in phytoplankton pigment concentration related to physiological acclimation to low light conditions.The warming scenario for 2100 in the Mediterranean was tested in two in situ mesocosm experiments in spring and autumn 2018 in Thau lagoon. Warming increased phytoplankton’s µ and l, estimated with HF fluorescence data. The estimates of µ and l were compared to the growth and grazing rates obtained via the dilution technique, highlighting a good agreement between the two methods, confirming the robustness of the estimates obtained with the HF data, despite some differences between results due to the fact that l, estimated with the HF data, considers sedimentation, mesozooplankton grazing mortality and viral lysis while the dilutions only allow the estimation of microzooplankton grazing. An experiment simulating a heatwave was also carried out in Thau in spring 2019. The HF data showed a positive effect of the heat wave on GPP, R, µ and l that lasted for several days after the end of the heatwave, except for µ. The heatwave shifted the trophic state of the system towards heterotrophy and favored cyanobacteria at the expense of dinoflagellates, however most of the studied processes showed good resistance and recovery from the heatwave. Warming induced contrasting responses in Thau lagoon planktonic community, shifting the system towards autotrophy or heterotrophy depending on the investigated season. The community from Thau lagoon was more resilient and recovered better from a punctual climate change event than the community from Hopavågen, potentially because the planktonic community from Thau evolved in an environment naturally subject to strong temperature variations and/or because warming is a less drastic disturbance than brownification. The methods established in the thesis represent a novel approach to obtain reliable estimates of planktonic processes highlighting the effects of climate change on the functioning of coastal ecosystems. There are many perspectives to continue this work, using these new methods to study other disturbances in other ecosystems
Les processus planctoniques jouant un rôle primordial dans le devenir de la matière et les cycles biogéochimiques globaux, la production primaire brute (PPB), la production communautaire nette (PCN), la respiration (R) et les taux de croissance (µ) et de pertes (l) du phytoplancton ont été quantifiés via l’utilisation de données à haute-fréquence (HF) acquises par des capteurs immergés dans des mésocosmes in situ lors d’expériences simulant le réchauffement (lagune de Thau) et le brunissement (baie d’Hopavågen, Norvège). Une nouvelle méthode pour estimer la PPB, la R et la PCN a été établie à partir des données de capteurs mesurant la concentration en O2 dissout issues d’expériences dans la lagune de Thau. Elle a été comparée avec une méthode utilisant des données HF déjà existante ainsi qu’avec la technique classique des incubations (Winkler). Elle présente l’avantage de prendre en compte la variabilité dans le couplage entre cycles jour-nuit et de l’O2 dissout et a permis d’estimer une respiration la journée en moyenne 41% plus élevée que celle de la nuit, en accord avec l’effet théorique positif de la lumière sur la respiration. L’application de cette nouvelle méthode lors d’une expérience testant les effets du brunissement sur le fonctionnement des communautés planctoniques de la baie d’Hopavågen a révélé un effet négatif du brunissement d’environ 30% sur la PPB et la R, associé à d’importants changements dans la concentration des pigments phytoplanctoniques liés à une acclimatation physiologique aux faibles conditions de lumières. Le réchauffement simulant les scénarios pour 2100 en Méditerranée a été testée lors de deux expériences de mésocosmes in situ au printemps et à l’automne 2018 à Thau. Ainsi, le réchauffement a augmenté µ et l du phytoplancton, estimés avec les données de fluorescence HF. Les estimations de µ et de l ont été comparées aux taux de croissance et de prédation obtenus via la technique des dilutions, mettant en évidence une bonne concordance entre les résultats obtenus, confirmant la robustesse des estimations obtenues avec les données HF, ceci malgré certaines différences entre les résultats de deux méthodes employées du fait que l, estimé avec les données HF, prend en compte la sédimentation, la mortalité par le broutage du mésozooplancton et par la lyse virale alors que les dilutions ne permettent d’estimer que le broutage du microzooplancton. Une expérience simulant une vague de chaleur a également été réalisée à Thau au printemps 2019. Les données HF ont mis en lumière un effet positif de la vague de chaleur sur la PPB, la R, µ et l qui s’est prolongé plusieurs jours après l’arrêt de la vague de chaleur, sauf pour µ. La vague de chaleur a basculé l’état trophique du système vers l’hétérotrophie et a favorisé les cyanobactéries au détriment des dinoflagellés, cependant la majorité des processus étudiés ont montré de bonnes résistance et récupération face à la vague de chaleur. Le réchauffement a induit des réponses contrastées du plancton de la lagune de Thau, basculant le système vers l’autotrophie ou l’hétérotrophie en fonction de la saison investiguée. La communauté de Thau a été plus résistante et a mieux récupéré face à un événement ponctuel du changement climatique que la communauté d’Hopavågen, potentiellement parce que la communauté planctonique de Thau a évolué au sein d’un environnement naturellement soumis aux fortes variations de température et/ou parce que le réchauffement est une perturbation moins drastique que le brunissement. Les méthodes établies dans la thèse représentent une approche novatrice afin d’obtenir des estimations fiables de processus planctoniques mettant en évidence sur les effets du changement climatique sur le fonctionnement des écosystèmes côtiers. De nombreuses perspectives s’ouvrent quant à la poursuite de ces travaux, en utilisant ces nouvelles méthodes pour étudier d’autres perturbations dans d’autres écosystèmes
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03558212 , version 1 (04-02-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03558212 , version 1

Citer

Tanguy Soulié. Réponses métaboliques des communautés planctoniques marines aux perturbations : apport des mesures à haute fréquence acquises dans les mésocosmes in situ. Sciences agricoles. Université Montpellier, 2021. Français. ⟨NNT : 2021MONTG049⟩. ⟨tel-03558212⟩
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