Nouvelle compréhension de la succession écologique du peuplement planctonique

Mardi, 26 mai 2015

Des chercheurs du Laboratoire d’océanographie de Villefranche (LOV/OOV, CNRS / UPMC), du laboratoire de Biologie du développement de Villefranche-sur-Mer (BioDev/OOV, CNRS / UPMC) et du laboratoire Processus de transferts et d'échanges dans l'environnement (PROTEE, Université du Sud Toulon-Var) ont mis au point un protocole de collecte d’échantillons et un protocole d’analyse par imagerie qui leur ont permis de décrire simultanément la dynamique de l’ensemble des organismes planctoniques. Ils ont ainsi pu montrer comment le plancton se réorganisait dans les premiers 75 m de la colonne d’eau tout au long de l’année dans la zone côtière de la mer Ligure, devant la rade de Villefranche-sur-Mer.

Dessins d'organismes planctoniques depuis les bactéries jusqu'aux méduses (échelles non respectées). © LOV, Jean-Baptiste Romagnan

Le plancton constitue le peuple "invisible" des océans. Il joue néanmoins un rôle déterminant à la fois dans la régulation du climat et en tant que premier maillon du réseau trophique marin. La compréhension de la dynamique du plancton, en terme de diversité et de fonction, est donc très importante.
Le concept de succession écologique permet d'appréhender le processus naturel d’évolution d’un écosystème comme une succession d’états caractérisés par des communautés biologiques spécifiques. Il est aujourd’hui habituel d’utiliser ce concept pour interpréter la dynamique saisonnière du plancton dans le milieu naturel et les altérations de cette dynamique sous la pression anthropique. Les travaux réalisés jusqu'a présent ont montré que le mélange hivernal suivi de la stratification printannière de la colonne d'eau déclenchaient le processus de succession des différents groupes écologiques, par diminution - voire disparition - de certains groupes au profit d’autres. Cependant, ces travaux ne portaient que sur l’étude de la dynamique de quelques groupes planctoniques, et non pas sur l’étude de la dynamique simultanée de l'ensemble des organismes planctoniques, depuis les bactéries jusqu'aux méduses.

Des chercheurs du LOV et des laboratoires BioDev et PROTEE ont réalisé pour la première fois une analyse du "peuplement planctonique complet", c’est-à-dire de l’ensemble des organismes planctoniques, dont la taille va, des plus petits (microbes ou picoplancton) aux plus grands (macroplancton), du micromètre au centimètre (soit 5 ordres de grandeur).
Pour ce faire, ils ont mis au point des protocoles originaux de collecte et d’analyse. Ainsi, chaque semaine pendant 10 mois au cours de l’année 2011, des échantillons ont été récoltés simultanément dans la baie de Villefranche (Méditerranée Nord Occidentale), d’une part à l’aide d’une bouteille de prélèvement Niskin, plongée à 5 profondeurs différentes afin de collecter des organismes dans l’ensemble de la colonne d’eau, et d’autre part à l’aide de filets à plancton de différentes vides de maille (20, 50, 100, 200 et 680 µm), utilisés entre 0 et 75 mètres de profondeur. Ces échantillons ont ensuite été analysés par cytométrie en flux (pour le picoplancton), microscopie inversée (pour les petites algues unicellulaires), FlowCAM (pour les protozoaires et les grandes algues unicellulaires) et Zooscan (pour les métazoaires). Ces protocoles sont dits "holistiques" car ils permettent la récolte et l'analyse du peuplement planctonique complet.
Séries temporelles des biovolumes (qui donnent une indication sur la biomasse) des 18 groupes écologiques de plancton, de décembre 2010 à octobre 2011.


Les chercheurs ont ainsi pu identifier et dénombrer une soixantaine de taxons, qu’ils ont regroupés, au moyen de trois types de critères (taille, taxonomie et traits écologiques), en 18 groupes écologiques du plancton, eux-mêmes distribués au sein de 4 communautés trophiques (voir encadré).
Ils ont montré que :

  • les événements de mélange vertical de la colonne d'eau, qui s'effectuent en 1 à 2 semaines, provoquent des réorganisations radicales du peuplement planctonique complet ;
  • l’évolution lente du peuplement planctonique complet entre deux réorganisations est due aux interactions biologiques entre organismes et est contrôlée durant l’hiver et au printemps par le macroplancton gélatineux filtreur (Thaliacés) et durant l’été par le macroplancton gélatineux prédateur (Cnidaires).

 

Représentation du nouveau modèle de succession planctonique où les communautés trophiques (boites rectangulaires) s'empilent les unes sur les autres au cours du temps et où les groupes de plancton se succèdent au sein de chaque communauté (dans les boites). La dynamique du peuplement planctonique complet ainsi observée a conduit les chercheurs à proposer un nouveau modèle de succession planctonique dans lequel les 4 communautés trophiques apparaissent et s’empilent progressivement du début du printemps à la fin de l'été, les groupes écologiques du plancton se succédant au cours du temps à l’intérieur de chacune d’elles, en accord avec le concept traditionnel de succession planctonique.

Cette étude montre la faisabilité opérationnelle du protocole de collecte holistique du plancton et du protocole d'analyse du peuplement planctonique complet par imagerie mis au point pour ce travail. Ces protocoles ont désormais vocation à être diffusés à travers le réseau français des stations marines du CNRS-INSU (RESOMAR) et dans le cadre du projet européen JERICONEXT dans lequel le CNRS-INSU est engagé. Comme il s’agit également ici de la première application du protocole d'imagerie quantitative imaginé lors des missions Tara Oceans et Tara Oceans Polar Circle, ce travail va également fournir un cadre de référence pour l'analyse des données d'imagerie quantitative issues des projets Tara Oceans.
Enfin, outre leur importance pour la recherche, ces protocoles pourraient être utilisés pour identifier et suivre des indicateurs de l’état de l’écosystème marin préconisés dans le cadre de la Directive cadre stratégique du milieu marin (DCSMM).

Distribution des 18 groupes écologiques du plancton dans les 4 communautés trophiques

  • Communauté microbienne : Bacteries Heterotrophes (HB), Prochlorococcus (Pro), Synechococcus (Syn), Nanoplancton (Nano), Autres petits protistes (OSP), Ciliés (Cil), Rhizaria (Rhi)

  • Producteurs primaires : Prochlorococcus (Pro), Synechococcus (Syn), Pico-eucaryotes (PE), Silicoflagellés (Silico), Diatomées (Diat) et Dinoflagellés (Dino)

  • Herbivores/Brouteurs : Dinoflagellés (Dino), Petit zooplancton omnivore (SOZ), Copépodes (Cop), Décapodes/euphausiacées (Deca), Ptéropodes (Ptero) et Gélatineux Filtreurs (GelF)

  • Predateurs : Chaetognathes (Chaeto) et Gélatineux carnivores (Gel)

Source(s): 

Romagnan J-B, Legendre L, Guidi L, Jamet J-L, Jamet D, et al. (2015) Comprehensive Model of Annual Plankton Succession Based on the Whole-Plankton Time Series Approach. PLoS ONE 10(3): e0119219. doi:10.1371/journal.pone.0119219

Contact(s):
  • Lars Stemmann, LOV/OOV
    stemmann [at] obs-vlfr [dot] fr, 04 93 76 38 11
  • Jean-Baptiste Romagnan, LOV/OOV
    romagnan [at] obs-vlfr [dot] fr

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