RÉSOUDRE LA DYNAMIQUE DU PHYTOPLANCTON PAR UNE APPROCHE À HAUTE FRÉQUENCE AUTOMATISÉE

G. Grégori, M. Thyssen, M. Dugenne, A. Malkassian, D. Nérini, C. Manté, M. Denis, …et tous nos collaborateurs (MIO, LOG, LOV-OOV, I2M, SBR, etc.)

Bordeaux/mer, Novembre 2014

Mediterranean Institute of Oceanography

Institut Méditerranéen d’Océanologie (MIO) OSU Pytheas

Campus de Luminy, Case 901, Bât.TPR1 F 13288 Marseille cedex 9

http://precym.com.univ-mrs.fr

Colloque SOMLIT « Stations côtières HF»

LE PHYTOPLANCTON : IMPORTANCE ET COMPLEXITÉ

Diversité

Complexité:

5 10 15 20 25 Temps (jours)

Ab

on

da

nc

e

30

Two sample times Observed trends

Dynamique Grande gamme de tailles/abondances

Importance :

Fonctionnement de l’Ecosystème de la planète

Micro-organismes (unicellulaires)

Dynamique rapide (jour)

Poussières et pollutions

atmosphériques

Couche de mélange

Tempêtes, coups de vent

Apports pulsés de sels nutritifs

Température = stratification

Evènements impulsionnels, sporadiques <24h

Phytoplancton

•Une variation de ±10% des coups de Mistral peuvent engendrer 54% de variabilité sur la production annuelle en mer Ligure (Lacroix & Nival, 1998)

•Des tempêtes hivernales en mer des Sargasses peuvent induire des pics de croissance qui sont à l’origine d’exportation de matière de l’ordre de 20% de l’exportation annuelle (Lomas et al. 2009).

Bassins versant

DYNAMIQUE DU PHYTOPLANCTON : INFLUENCE DES VARIATIONS PHYSIQUES DU MILIEU

Laser

Optical fingerprints

(Thyssen M., M.I.O)

CAPTEUR INNOVANT ÉPROUVÉ: CYTOMÈTRE EN FLUX AUTOMATISÉ CYTOSENSE (CYTOBUOY)

+

Prorocentrum micans Dinophysis acuminata

Chaetoceros spp.

Cili

ate

s

Prorocentrum ?

Gymnodinium?

Diatoms

Scrippsiella

?

Chaetoeros

With an auxospore…

C. whigami?

C. Curvisetus or pseudocurvisetus

Exemples de photos prises par le cytomètre automatisé

Cytométrie en flux automatisée

avec prise d’images

DE LA CELLULE À LA COMMUNAUTÉ PHYTOPLANCTONIQUE ET À SA DYNAMIQUE IN SITU

LEFE - CEL2SAT

DYMAPHY

Analyse à l’échelle individuelle de la structure des communautés

du pico- au microphytoplancton

Forward scatter - Size (au)

Ch

loro

ph

yll.

Flu

o.

(au

)

EOL buoy

EC2CO DRIL - MISE

Baie de Villefranche, bouée EOL 25 janvier - 6 avril 2012

INFLUENCE D’ÉVÈNEMENTS IMPULSIONNELS SUR LA MISE EN PLACE DU BLOOM PRINTANIER

Thyssen M, Grégori GJ, Grisoni J, Pedrotti M, Mousseau L, Artigas LF, Marro S, Garcia N, Passafiume O and Denis MJ(2014). Onset of the spring bloom in the northwestern Mediterranean Sea : influence of environmental pulse events on the in situ hourly−scale dynamics of the phytoplankton community structure. Front. Microbiol. 5:387. doi:10.3389/fmicb.2014.00387

Jusqu’à 6 groupes fonctionnels de phytoplancton mis en évidence.

Echantillonnage toutes les 2 heures

Contrôle à distance en direct par liaison wifi

GROUPES FONCTIONNELS DÉFINIS PAR CYTOMÉTRIE EN FLUX

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on

dan

ces

Vent Vent

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Maxima de NO3+NO2

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PicoFLO

Picoeukaryotes

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HighFLO

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Microphytoplankton

PicoFLO

Picoeukaryotes

HighSWS

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Nanophytoplankton

Microphytoplankton

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PicoFLO

Picoeukaryotes

HighSWS

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Microphytoplankton

PicoFLO

Picoeukaryotes

HighSWS

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PicoFLO

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Picoeukaryotes

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PicoFLO

Picoeukaryotes

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Microphytoplankton

PicoFLO

Picoeukaryotes

HighSWS

HighFLO

Nanophytoplankton

Microphytoplankton

DYNAMIQUE DES GROUPES FONCTIONNELS

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Picoeukaryotes

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Picoeukaryotes

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HighSWS

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6 HighFLO

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2.5 Nanophytoplankton

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0.4

Nanophytoplankton

hoursMicrophytoplankton

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0.0

25

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-0.0

10

0.0

05

Microphytoplankton

(A)

(B)

(C)

(D)

(E)

Abundance (103 cells.cm-3)

Abundance (span2 – span1)

Total FWS (a.u.) Total FWS (span2 – span1)

Date Hours Date Hours

Picoeukaryotes

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Picoeukaryotes

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100

Picoeukaryotes

hoursHighSWS

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0 3 6 9 12 16 20

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0 3 6 9 12 16 20

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4000

HighFLO

hoursNanophytoplankton

date1502

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2800

3200

Nanophytoplankton

date1502

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2800

3200

0 3 6 9 12 16 20

-300

0200

Nanophytoplankton

hoursMicrophytoplankton1502

1602

1702

1802

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2002

2102

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60000

Microphytoplankton1502

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1702

1802

1902

2002

2102

2202

2302

20000

60000

0 3 6 9 12 16 20

-10000

10000

Microphytoplankton

(F)

(G)

(H)

(I)

(J)

La variation journalière des abondances et de la diffusion est liée au cycle cellulaire et permet d’estimer une croissance nette in situ (Sozik et al. 2003, Ribalet et al., and Dugenne et al. 2014)

http://www.youtube.com/watch?v=LUX66bD1_Fk Project EC2CO-DRIL « MISE »

INFLUENCE D’ÉVÈNEMENTS IMPULSIONNELS SUR LA DYNAMIQUE D’ESPÈCES PATHOGÈNES

Dugenne M, Thyssen M, Nerini D, Mante C, Poggiale J, Garcia N, Garcia F and Grégori GJ (2014). Consequence of a sudden wind event on the dynamics of a coastal phytoplankton community : an insight into specific population growth rates using a single cell high frequency approach. Front. Microbiol. 5:485. doi : 10.3389/fmicb.2014.00485

C5 (13,1 ± 4,2)

Red

Flu

ore

scence (

au)

C12 (0,9 ± 0,1)

C8 (8,6 ± 1,3)

C9 (3,5 ± 0,5)

C11 (1,1 ± 0,1)

C10 (4,1 ± 1,0)

C1 (56,4 ± 12,2)

C2 (37,7 ± 10,5)

C3 (23,3 ± 8,8)

C4 (20,1 ± 13,5)

C5 (13,1 ± 4,2)

C7 (13,9 ± 5,6)

C6 (13,2 ± 4,3)

microphytoplancton

20 μm < taille < 200 μm

nanophytoplancton

2 μm < taille < 20 μm

picophytoplancton

0,2 μm < taille < 2 μm

90°Light scatter (au)

55 μm

35 μm

23 μm

20 μm

Akashiwo

sanguinea

Prorocentrum

micans

Scrippsiella sp.

Gymnodinium sp.

13 μm

Cytogram from 10/10/2011 12:00

Calibrage avec billes Analyse d’images

GROUPES FONCTIONNELS DÉFINIS PAR CYTOMÉTRIE EN FLUX

5/10 6/10 7/10 8/10 9/10 10/10 11/10

200

100

0

Ab

un

da

nc

e

(ce

lls

.cm

-3)

5/10 6/10 7/10 8/10 9/10 10/10 11/10 12/10

235.102

185.102

135.102

85.102

35.102

Me

an

vo

lum

e (

μm

3)

Theo

reti

cal

gro

wth

rat

e (d

-1) 2.0

1.5

1.0

0.5

1 division.d-1

2 divisions.d-1

μ=ln N (24) μ= ln Vmax

N (0) Vmin

30 μm

Effet du vent sur la dynamique de Gymnodinium

Vent

La baie de Marseille

Site de « choix » pour suivre l’impact anthropique

Intérêt socio-économique

Interfaces continent/mer et atmosphère/mer

La baie de Marseille:

Site privilégié pour suivre l’impact anthropique

Intérêt socio-économique

Interfaces continent/mer et atmosphère/mer

Prospective 1 : Plateforme multi-instrumentée en baie de Marseille

Prospective 2 : Continuous and high resolution observation of the NW Mediterranean Sea

(A*MIDEX CHROME 350 k€)

Institut de athématiques de Marseille I2M

University of Bologna (SINCEM) • Salinité

• Oxygene • Fluorescence • Turbidité • CDOM • PCO2 et pH • Cytométrie automatisée

• Relation physique/chimie et diversité fonctionnelle du phytoplancton sur

des critères de résolution espace/temps similaires

• Couplage avec PHYSAT (LOG) pour une extrapolation des groupes fonctionnels à l’échelle du bassin

• Océanographie opérationnelle et modèles biogéochimiques