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Invertébrés benthiques et biomarqueurs, témoins du fonctionnement trophique des
écosystèmes côtiers
Caroline Nérot
Encadrée par Yves-Marie Paulet, Anne Lorrain, Jacques Grall et Hervé Le Bris
2Caroline Nérot – 12/2011
Ecosystèmes côtiers ?
talus
plateau continental
plaine abyssale
littoral0 m
200 m
4000 m
3Caroline Nérot – 12/2011
Ecosystèmes côtiers ?
benthos
bivalves
phytoplancton
zooplancton
poissons
pelagos
Connaissance des organismes côtiers et de leurs interactions
Modifié d’après support www.sciencelearn.co.nz
4Caroline Nérot – 12/2011
Ecosystèmes côtiers ?
bivalves
phytoplanctonzooplancton
poissons
?
Disponibilité et variabilité spatiale des sources pour les consommateurs?
? ??
5Caroline Nérot – 12/2011
Ecosystèmes côtiers ?
~ 300 km
nombre d’études
?
6Caroline Nérot – 12/2011
Objectif de la thèse
Etudier le fonctionnement trophique d’un écosystème côtier à large échelle spatiale
Réseau trophique benthique : • origine de la matière organique incorporée • emprise spatiale de l’influence des apports continentaux
Focus sur les bivalves, consommateurs primaires
7Caroline Nérot – 12/2011
Bivalves benthiques : intégrateurs
filtration
• filtreurs • mobilité réduite• Aire de répartition dimension spatiale
mobilitéIntégrateurs des
sources présentes
8Caroline Nérot – 12/2011
Marqueurs trophiques
Identifier sources dans tissus des bivalvesIsotopes stables
Carbone 13C et Azote 15NAcides gras
Constituants des lipides
NourriturePhytoplanctonBactériesDébris terrestres…
BivalveGlande digestiveMuscle
9Caroline Nérot – 12/2011
Marqueurs trophiques
Identifier sources dans tissus des bivalvesAcides gras
Acide grasAcide grasAcide gras
NourriturePhytoplanctonBactériesDébris terrestres…
BivalveGlande digestiveMuscle
10Caroline Nérot – 12/2011
Marqueurs trophiques
Temps d’intégration des sources
Isotopes stables Acides gras
Glande digestive :heures – jours Muscles : mois - saisons
Glande digestive :heures – jours Muscles : Peu d’AG des sources
11Caroline Nérot – 12/2011
10 missions : 3 à 10 jours2008 2009 2010
Prélèvements : - bivalves : drague + chalut à
panneaux- eau : Niskin surface + fond- sédiment : benne + carottier
Site d’étude et stratégie d’échantillonnage
Transect NordRade de Brest
Transect SudLoire et Vilaine
Fonctionnement trophique de l’écosystème côtier
apports fluviaux activités
anthropiques ouverture à l’océan
12Caroline Nérot – 12/2011
Bivalves benthiques utilisés
Coquille Saint-JacquesPecten maximus
Amande de merGlycymeris glycymeris
Praire du largeVenus casina
Bucarde lisseLaevicardium crassum
Pétoncle blancAequipecten opercularis
13Caroline Nérot – 12/2011
Questions
Identification des sources trophiques par le 13C ? Impact des apports continentaux à l’échelle du plateau ? Influence du métabolisme des bivalves ?
14Caroline Nérot – 12/2011
Identification des sources trophiques par le 13C ?
Praire Amande
Pétoncle blanc
Coquille St-Jacques
Rade de Brest
Mer d’Iroise
Large
15Caroline Nérot – 12/2011
Identification des sources trophiques par le 13C ?
Résultats
Rade Mer d’Iroise LargeMOP eaufond
Quelle source en milieu côtier est responsable des 13Cbivalves élevés ?
C. St-JacquesPétoncle blancPraireAmande
16Caroline Nérot – 12/2011
Identification des sources trophiques par le 13C ?
13Cbivalve élevé = consommation microphytobenthos
Le 13C indique-t-il la consommation de microphytobenthos ?
-20 ‰
-16 ‰
13C
MPB
PhytoplanctonGrall et al. 2006
MPB
Phytoplancton
13C
17Caroline Nérot – 12/2011
Identification des sources trophiques par le 13C ?
Consommation de MPB ?
13Cbivalves élevés mais pas cohérents avec accès MPB
Bretagne-environnement.org
30 m
Longphuirt et al. 2007
Rade
C. St-Jacques
Amande
Praire
Pétoncle blanc
18Caroline Nérot – 12/2011
Identification des sources trophiques par le 13C ?
Profil AG diatomées benthiques(Kharlamenko 2008)
Profil AG : glandes digestives des Coquilles Saint-Jacques
AG dominants = marqueurs de diatoméesmais pas de spécification benthique / pélagique
RadeLarge
19Caroline Nérot – 12/2011
Identification des sources trophiques par le 13C ?
Gradient profondeur = disparition du MPB
Rade Mer d’Iroise
Evolution des13Cbivalves ≠ consommation de MPB en rade
-16 ‰ 13Cbivalve -20 ‰
PhytoplanctonMPBC. St-Jacques
AmandePraire
Pétoncle blanc
20Caroline Nérot – 12/2011
Identification des sources trophiques par le 13C ?
Quelle source est responsable des 13Cbivalves élevés ?
Rade Mer d’Iroise Large
C. St-JacquesPétoncle blancPraireAmande
Bretagne-environnement.org
30 mFront
d’Ouessant
21Caroline Nérot – 12/2011
Identification des sources trophiques par le 13C ?
Présence d’autres sources au 13C élevé
Kristian Peters
Débris macroalgues = vaste gamme de 13C élevées source potentielle
Bretagne-environnement.org
Front d’Ouessant
-20
-18
-16
-14
-12
-10
13C
(‰)
Laminaria digitata
Ulva sp.
Schaal et al. 2009Hill et al. 2009
22Caroline Nérot – 12/2011
Identification des sources trophiques par le 13C ?
Résumé
Position substrat
Diminution pour 2 sps / 4
chem.leeds.ac.uk
• 13C élevé ne trace pas uniquement le microphytobenthos
• Autres sources doivent être prises en compte en milieu côtier
23Caroline Nérot – 12/2011
Questions
Identification des sources trophiques par le 13C ? Impact des apports continentaux à l’échelle du plateau ? Influence du métabolisme des bivalves ?
24Caroline Nérot – 12/2011
Pourquoi ?
Impact des apports continentaux
Costanzo et al. 2001 macroalgues
15N = traceur signal continental même signal dans bivalves ? Quelle échelle spatiale?
Matière organique particulaireEvans et al. 2006
25Caroline Nérot – 12/2011
Comment ?
Impact des apports continentaux
130 000 t.an-1
35 055 t.an-1
Moyennes Flux azote
2004, DIREN Bretagne + Guillaud et al. 2008
Comparaison des 15Nbivalve en profondeur et entre les deux transects
Transect sud : Valeurs plus fortes? Emprise plus lointaine?
26Caroline Nérot – 12/2011
Impact des apports continentaux
Résultats• 15N : transect Sud
15N bivalves = dilution du signal continental ?
Amande
Pétoncle blanc
C.St-Jacques
Bucarde
27Caroline Nérot – 12/2011
Impact des apports continentaux
Résultats• 15N : comparaison transects
15Nbivalves indépendant des apports fluviaux
130 000 t.an-1
35 055 t.an-1
28Caroline Nérot – 12/2011
Impact des apports continentaux
Différences entre les espèces
Amande
Pétoncle blanc
C.St-Jacques
Amande
Pétoncle blanc
C.St-Jacques
Ordre des espèces indépendant des apports fluviaux
29Caroline Nérot – 12/2011
Impact des apports continentaux
Pas d’impact des apports continentaux sur 15Nbivalves ?• Dilution de l’azote provenant de la Loire - Previmer
Influence Loire au fond = emprise
très côtière
Influence Loire en surface =
emprise sur le plateau
30Caroline Nérot – 12/2011
Impact des apports continentaux
Impact des apports continentaux sur 15Nbivalves ?
Apportsnutriments
Phytoplancton côtier
Phytoplancton marinX
Influence limitée à la proximité des estuairesDifférence apports continentaux = échelle plus fine
31Caroline Nérot – 12/2011
Questions
Identification des sources trophiques par le 13C ? Impact des apports continentaux à l’échelle du plateau ? Influence du métabolisme des bivalves ?
32Caroline Nérot – 12/2011
MOPfond
Influence du métabolisme des bivalves ?
Que montre le 15N ?
Sources
Bivalves
15N
?
- Source particulière ?- Intégration du signal trophique ?
33Caroline Nérot – 12/2011
MOPfond
Influence du métabolisme des bivalves ?
Source particulière ?• 13Cbivalves
13Cprofond ≈ consommation de MOP ≈ phytoplancton marin …
34Caroline Nérot – 12/2011
Influence du métabolisme des bivalves ?
Source particulière ?• Acides gras Coquille Saint-Jacques
… consommation de phytoplancton marin confirmée par AG
± 60 % AG
RadeLarge
35Caroline Nérot – 12/2011
MOPfond
Influence du métabolisme des bivalves ?
Que montre le 15N ?
Sources
Bivalves
15N
?
- Source particulière ?- Intégration du signal trophique ?
X
36Caroline Nérot – 12/2011
Influence du métabolisme des bivalves ?
Hypothèse : Métabolisme différent• AG muscles
AGPI (% AG totaux)
0
10
20
30
40
50
60
24 140 190Profondeur (m)
AG majoritaires = polyinsaturés
Profils d’AGmuscle en ACP
37Caroline Nérot – 12/2011
Influence du métabolisme des bivalves ?
AG Polyinsaturés = signal physiologique (Cossins et Lee 1985. Bell et al. 1986 )
périodicité
↓Conditions optimales
températurepression lumière sources MO
diversité + quantité
Réponse des coquilles profondes aux conditions environnementales
périodicité
↓Conditions extrêmes
X
38Caroline Nérot – 12/2011
Influence du métabolisme des bivalves ?
Quel impact sur incorporation de la nourriture? Temps d’intégration différentsGlande digestive : heures – jours Muscles : mois - saisons
Coquilles profondes : intégration directe de la nourriture dans le muscle
15N influencé par l’état physiologique de l’individu !
39Caroline Nérot – 12/2011
Conclusions
40Caroline Nérot – 12/2011
Conclusions
Influence des fleuves limitée sur bivalves côtiers13Cbivalves ≠ signal MPBContribution potentielle des macroalgues
Sources phytoplanctoniquesMétabolisme lié aux conditions environnementalesInfluence sur l’assimilation de la matière organique
Bilan des questions abordées
41Caroline Nérot – 12/2011
Conclusions
Fonctionnement trophique des écosystèmes côtiers : Bilan issu de la thèse
42Caroline Nérot – 12/2011
Conclusions
Invertébrés benthiques et marqueurs trophiques
Glandes digestives : Acides gras / Isotopes stablesVariabilité temporelle
Valeurs / composition des sources
Muscles : Isotopes stablesFractionnement spécifique
Valeurs des sources
Muscles : Isotopes stables+ influence du métabolisme sur
fractionnement
Muscles : Acides grasPeu d’information trophique
État physiologique de l’organisme
Couplage des marqueurs et des tissus nécessaire et pertinentInfluence physiologie Limite spatiale à l’utilisation de ces
outils
43Caroline Nérot – 12/2011
Perspectives
44Caroline Nérot – 12/2011
Perspectives
Déterminer le fractionnement isotopique• pour chaque espèce• en fonction de la bathymétrie
Ecologie des bivalves • Différences de 13C et 15N entre les espèces
Position substrat + Tri particules+ Fractionnement spécifique
45Caroline Nérot – 12/2011
Perspectives
Ecologie des bivalves • Consommation de débris de macroalgues
• Processus d’assimilation
• Influence des macroalguesen dehors des champs ?sur l’écosystème Mer d’Iroise ?
chem.leeds.ac.uk
46Caroline Nérot – 12/2011
Perspectives
Physiologie des bivalves • Effets de la profondeur
AG muscles / IS muscles
AG et IS : Marqueurs trophiques marqueurs physiologiquesPlasticité des bivalves dans leur aire de répartition
Bibliographie : Ø
?
•Effets de la pression ?
47Caroline Nérot – 12/2011
Perspectives
Fonctionnement trophique des écosystèmes côtiers
• Comparaison de systèmes Schéma global• Approche visuelle• Niveaux trophiques supérieurs• Matière organique : Disponibilité, Qualité trappes
Merci à
Yves-Marie • Jacques • Anne • Hervé • Tarik • Doudou K • Nico • Jean-Marie • Martine • Gene • Manon • Stan • Louis • Fred • Laurent C • Hélène • Anne D • Raoul • Alain • Equipages du Côtes de la Manche et du Gwenn Drez • Violette • Nono • Céline • Jo • Carlito • Yann • Flo • Mélou • Fanny • Marie • Rihanna • Oliv • Nath • Jonah • DoudouMatth • Emi • et tous les autres ...
50Caroline Nérot – 12/2011
Stratégie d’échantillonnage
2008 2009 2010
10 missions : 3 à 10 jours
Prélèvements : bivalves : drague + chalut à panneauxeau : Niskin surface + fondsédiment : benne Van Veen + carottier
1
1
2
2
3
JFMAMJJtASOND
123
51Caroline Nérot – 12/2011
Questions
Courbes de régressions d13C d15N
Transect Nord
d13C moyen (o/oo)
-20 -19 -18 -17 -16 -15
d15
N (
o/o
o)
2
4
6
8
10
12
AOd13Cm vs AOd15Nm CSJd13Cm vs CSJd15Nm GLYd13Cm vs GLYd15Nm
Transect Sud
d13C moyen (o/oo)
-19 -18 -17 -16 -15 -14
d15
N (
o/o
o)
2
4
6
8
10
12
AOd13Cm vs AOd15Nm
CSJd13Cm vs CSJd15Nm
GLYd13Cm vs GLYd15Nm
52Caroline Nérot – 12/2011
Transect Sud
d13C moyen (o/oo)
-30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16 -14
d15
N (
o/o
o)
2
4
6
8
10
12
POMd13Cm vs POMd15Nm
SOMd13Cm vs SOMd15Nm
AOd13Cm vs AOd15Nm
CSJd13Cm vs CSJd15Nm
GLYd13Cm vs GLYd15Nm
Questions
diagramme d13C d15N Sources consommateurs
Transect Nord
d13C moyen (o/oo)
-30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16 -14
d15
N (
o/o
o)
2
4
6
8
10
12
POMd13Cm vs POMd15Nm SOMd13Cm vs SOMd15Nm AOd13Cm vs AOd15Nm CSJd13Cm vs CSJd15Nm GLYd13Cm vs GLYd15Nm
53Caroline Nérot – 12/2011
54Caroline Nérot – 12/2011
Questions
C/N POM et SOM
55Caroline Nérot – 12/2011
Questions
Lehmann et al 2002 : expériences incubations MO Chen et al 2008
Bactérie riche en 13C dans sédiment, mais bactéries fabrique matièr13C riche et 13C pauvre. Biodegradation décompose composés 13C riche d13C de la MO restante ~ d13C sédimentSédiment valeurs plus faibles que MOPsédiment
d13C (-1.5‰) d15N (-1.2‰)
56Caroline Nérot – 12/2011
Questions
Fractionnement moyen = approximation• Mill et al 2007 : modèle qui détermine d15N en fonction
de ‘feeding rates’, ‘excretion rates’ et ‘diet quality’. Trois poissons coraux herbivores. Fractionnement mesurés : 4.47 ‰ à 5.25 ‰. fractionnements modélisés : 4.30‰ à 5.68 ‰.
• Perga et Grey 2010 : commentaires sur papier qui calcule fractionnement nourriture – rats très élevés : artefact des valeurs de nourriture utilisée
57Caroline Nérot – 12/2011
Questions
Comparaison résultats analyses isotopiques / acides gras
Comparaison des espèces sur 2 radiales
58Caroline Nérot – 12/2011
Questions
Comparaison fonctionnement trophique zones côtières atlantiques par mêmes approches
59Caroline Nérot – 12/2011
Questions
Descriptif des différents comportements alimentaires et physiologique
• À la base, on cherche à montrer que bivalves filteurs sont outils intégrateurs côtier + large.
• Les différences entre espèces ont montré qu’il est important de connaître leur comportement et leur physiologie AVANT de pouvoir les utiliser comme outils = calibration
• Or, tout n’est pas disponible sur les bivalves qu’on a utilisé
60Caroline Nérot – 12/2011
Questions
Dans présentation transect : manque éléments sur sources de matière organique et end-members
61Caroline Nérot – 12/2011
Questions
Relation entre disponibilité d’un nutriment et le fractionnement isotopique associée : lié à mécanismes physiologiques mais sans lien avec conditions environnementales