Une mer partagée

Mécanismes de changement des écosystèmes en Manche occidentale

Filament d’Ectocarpus Siliculosus  © L. Dartevelle / Station Biologique de Roscoff (CNRS/UPMC)

Contexte et objectifs

Cette partie du programme  s’intéresse aux capacités des espèces marines indigènes à faire face aux changements environnementaux. L’approche est ici différente, puisque le travail porte sur un certain nombre d’espèces modèles choisies plutôt que sur les conséquences sur l’écosystème au sens large. Le fait que les espèces indigènes soient mieux caractérisées que les espèces récemment introduites en Manche occidentale, facilite ce type d’approche ; nous pouvons donc étudier les processus physiologiques et génétiques qui jouent un rôle majeur dans la réponse des populations marines aux changements qui affectent leur environnement. Nos études portent principalement sur des organismes sélectionnés et vivant, pour les uns, sur l’estran et, pour les autres, au large. Dans le premier cas, nos recherches concernent les macroalgues et permette de répondre à deux questions : (i) quels sont les mécanismes génétiques sous-jacents qui régule leur cycle de vie ? ; (ii) comment s’adaptent-elles au stress ? Quant aux écosystèmes océaniques, nous étudions les paramètres génomiques qui permettent aux coccolithophores de s’adapter aux changements environnementaux, et en particulier à l’acidification des eaux par suite de l’élévation de la concentration de gaz carbonique dans l’atmosphère (CO2).

Les écosystèmes des zones côtières de la Manche sont soumis à toute une série d’influences liées aux activités anthropiques, des conséquences indirectes du changement climatique aux effets directs de la pollution et des activités maritimes commerciales ou de plaisance. Il est difficile de prévoir les réponses des écosystèmes, en partie par manque de connaissance de la biologie des organismes qui constituent ces écosystèmes. Les macroalgues marines sont des espèces clefs de l’estran rocheux, familières des littoraux bretons et anglais. De plus, elles offrent un habitat pour bon nombre d’autres espèces. Notre objectifs est d’étudier les processus biologiques fondamentaux des macroalgues pour bien comprendre leur capacité à s’adapter aux changements environnementaux. Pour ce faire, nos recherches portent sur les sur l’espèce modèle Ectocarpus siliculosus ainsi que sur Fucus et Laminaria qui sont des espèces de premier ordre pour l’écosystème côtier en Manche.

Les coccolithophores, qui sont des microalgues haptophytes, sont un composant majeur du phytoplancton de la Manche occidentale. Ils jouent un rôle significatif et global au niveau du cycle du carbone entre les différents compartiments de la biosphère. Les coccolithophores sont recouverts de fines écailles de carbonate de calcium (CaCO3) et ce processus de biominéralisation représente environ 50 % de l’ensemble de la production de carbone de la zone pélagique. La biominéralisation permet la capture du carbone sous une forme insoluble. Il se trouve alors séquestré au fond de l’océan lorsque ces organismes meurent et se sédimentent. Or on sait que ce processus est sensible à l’augmentation rapide de la concentration en CO2 de l’atmosphère puisque ce gaz, qui diffuse dans les eaux de surface, entraîne une diminution du pH ainsi qu’une diminution de la concentration en ions de carbonate (CO32-). En conséquence le processus de biominéralisation est interrompu, ce qui a des effets négatifs sur le climat dans les zones concernées comme au niveau mondial. Il est donc primordial de mesurer la capacité d’adaptation des coccolithophores à ce type de changement et d’en comprendre les mécanismes.

Que faisons-nous ?

La capacité d’adaptation d’une population naturelle à son environnement dépend de la structure de sa population et de son mode de reproduction. Pour étudier sur le terrain les impacts des changements environnementaux d’une population, il est donc primordial de prendre en compte le cycle de vie de cette population et d’en comprendre le mode de régulation. Nous mettons au point des marqueurs moléculaires dans le but d’explorer les structures des populations en différents sites, de part et d’autre de la Manche. Des expériences en laboratoire sont menées pour examiner le cycle de vie d’Ectocarpus. La réponse au stress des macroalgues Ectocarpus ainsi que d’une autre espèce d’algue brune Fucus serratus fait l’objet d’études physiologiques et génétiques. Les réponses de ces organismes aux variations de plusieurs paramètres tels que la salinité, la température, la luminosité et le pH, sont testées individuellement et en combinaison sur des embryons mis en condition de stress par fluorimétrie PAM et par imagerie en utilisant des colorants fluorescents. Ces expériences devraient permettre d’obtenir des informations sur la résilience des algues brunes au stress lié à des changements environnementaux, ainsi que sur les processus génétiques qui la sous-tendent.

De plus, les souches Ectocarpus récoltées sur différents sites d’échantillonnage situés en Bretagne et en Angleterre sont en cours d’analyses à la recherche du virus lysogénique EsV-1. Les échantillons proviennent des échantillonnages réalisés dans le cadre du WP2. Nos travaux apporteront des données complémentaires quant à l’étendue du deuxième type de stress que rencontrent ces organismes : le stress biotique consécutif à une infection virale. Les isolats de terrain Laminaria spp. sont également analysés à la recherche de virus, permettant ainsi de savoir si d’autres macroalgues sont, elles aussi, soumises à ce type de stress biotique.

Pour étudier les coccolithophores, une approche génomique comparative est utilisée afin de corréler les variations génomiques (par ex. les tailles des génomes déterminées par cytométrie en flux et les compléments de gènes déterminés par puce à ADN) avec le phénotype à la fois aux niveaux inter- et intra spécifique. Notre objectif est, d’une part, d’identifier les gènes adaptatifs, ou au moins les gènes sous sélection positive et, d’autre part, d’étudier l’expression de ces gènes lorsqu’ils sont soumis à des stress environnementaux notamment en cas d’acidification du milieu.

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