publication – Page 7 – Laboratoire LEMAR UMR 6539

Modeling reproductive traits of an invasive bivalve species under contrasting climate scenarios from 1960 to 2100

Mélaine Gourault, Sébastien Petton,Yoann Thomas, Laure Pecquerie, Gonçalo M. Marques, Christophe Cassou, Élodie Fleury,Yves-Marie Paulet et Stéphane Pouvreau

FAITS SAILLANTS

Le modèle DEB disponible pour l’huître du Pacifique a été appliqué dans un nouvel environnement côtier : la baie de Brest (France).
Cette version a été étalonnée avec succès à l’aide d’un nouvel ensemble de données couvrant 6 ans (de 2009 à 2014) de surveillance sur le terrain.
Le modèle a prédit avec succès en détail les processus de reproduction complexes de C. gigas, en particulier son comportement de frai.
Des simulations rétrospectives et prévisionnelles de la phénologie reproductive de C. gigas ont été effectuées à l’aide de scénarios du GIEC.

RÉSUMÉ

L’identification des facteurs qui contrôlent le succès de reproduction d’une population est essentielle pour prévoir les conséquences du changement climatique en termes de changement de distribution et de dynamique démographique. Dans la présente étude, nous avons cherché à mieux comprendre les conditions environnementales qui ont permis la colonisation de l’huître du Pacifique, Crassostrea gigas, dans la baie de Brest depuis son introduction dans les années 1960. Nous voulions également évaluer les conséquences potentielles du changement climatique futur sur son succès de reproduction et sur son expansion future.

Trois caractères reproductifs ont été définis pour étudier le succès de la reproduction : l’occurrence des pontes, la synchronicité entre individus et la fécondité individuelle. Nous avons simulé ces caractéristiques en appliquant une approche de modélisation individuelle à l’aide d’un modèle Dynamic Energy Budget (DEB). Tout d’abord, le modèle a été étalonné pour C. gigas dans la baie de Brest à l’aide d’un ensemble de données de surveillance sur 6 ans (2009-2014). Deuxièmement, nous avons reconstitué les conditions de température passées depuis 1960 afin d’exécuter le modèle à rebours (analyse rétrospective) et identifié l’émergence de conditions favorisant un succès croissant de la reproduction. Troisièmement, nous avons exploré les conséquences régionales de deux scénarios climatiques contrastés du GIEC (RCP2.6 et RCP8.5) sur le succès de reproduction de cette espèce dans la baie à l’horizon 2100 (analyse prévisionnelle). Dans les deux analyses, les variations des concentrations de phytoplancton étant alors inconnues dans le passé et imprévisibles dans l’avenir, nous avons fait l’hypothèse initiale que nos six années d’observation des concentrations de phytoplancton étaient suffisamment instructives pour représenter les « possibilités passées et futures » de la dynamique du phytoplancton dans la Baie de Brest. Par conséquent, la température est la variable que nous avons modifiée sous chaque cycle de prévision et de prévision a posteriori.

Les simulations rétrospectives ont montré que les épisodes de frai ont augmenté après 1995, ce qui concorde avec les observations faites sur la colonisation par C. gigas. Les simulations de prévision ont montré que dans le scénario le plus chaud (RCP8.5), le succès de reproduction serait amélioré par deux mécanismes complémentaires : une fraie plus régulière chaque année et une fraie potentiellement précoce, ce qui donnerait une phase larvaire synchronisée avec la période estivale la plus favorable. Nos résultats ont démontré que les dates de frai et la synchronicité entre les individus dépendaient principalement de la dynamique saisonnière du phytoplancton, et non de la température comme prévu. Des recherches futures axées sur la dynamique du phytoplancton dans différents scénarios de changement climatique amélioreraient grandement notre capacité à prévoir le succès de reproduction et la dynamique des populations de cette espèce et d’autres invertébrés semblables.

Figure 4 : Simulations de croissance et de frai d’huîtres obtenues par le modèle DEB par rapport aux données observées de 2009 à 2014 (DFM = Dry Flesh Mass). Le DFM observé est représenté par des points noirs avec des barres d’écart-type (n = 30). Les lignes grises représentent les trajectoires de croissance individuelles simulées par le modèle. La ligne rouge foncé en gras représente la moyenne des 30 trajectoires.

RÉFÉRENCE

Gourault, M., Petton, S., Thomas, Y., Pecquerie, L., Marques, G.M., Cassou, C., Fleury, E., Paulet, Y.-M., & Pouvreau, S. 2019. Modeling reproductive traits of an invasive bivalve species under contrasting climate scenarios from 1960 to 2100. Journal of Sea Research 143: 128–139. doi:10.1016/j.seares.2018.05.005.

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31/12/2018/by titodemora

Modélisation des caractéristiques de reproduction d’une espèce bivalve envahissante dans des scénarios climatiques contrastés de 1960 à 2100

Oysters as sentinels of climate variability and climate change in coastal ecosystems

article du mois, publication

Yoann Thomas, Christophe Cassou, Pierre Gernez and Stéphane Pouvreau

ABSTRACT

Beyond key ecological services, marine resources are crucial for human food security and socio-economical sustainability. Among them, shellfish aquaculture and fishing are of primary importance but become more vulnerable under anthropogenic pressure, as evidenced by reported mass mortality events linked to global changes such as ocean warming and acidification, chemical contamination, and diseases. Understanding climate-related risks is a vital objective for conservation strategies, ecosystems management and human health. We provide here a comprehensive study of the historical mortality of adult oysters related to observed climate variability along the French Atlantic coast from 1986 to 2015, and we built on this knowledge to develop hindcast and forecast assessments of the oyster mortality risk from 1900 to 2100. We show that mortality events usually occur several months after winters dominated by the occurrence of positive North Atlantic oscillation (NAO+) atmospheric regimes of circulation. We explain the lagged response by the multiseasonal long-lasting imprint of wintertime NAO+ on biological and environmental factors, which partly structure oyster mortality etiology. Very high wintertime seawater temperature anomalies at the interannual timescale, which were mostly attributable to internal climate variability through NAO+ and which led to pronounced mortality over the observed period, are then treated as ‘analogs’ in a large ensemble of Intergovernmental Panel on Climate Change emission scenarios and models in order to anticipate future risks. Without any adaptive process, we provide evidence that actual exceptional mortality is likely to become the norm by ~2035, even if global warming is limited to +2 °C relative to pre-industrial levels.

Figure 1.

Figure 1. Time series for December–March (DJFM) winter NAO+ occurrences and annual oyster mortality rate. (a) Location of the six monitored stations along the French Atlantic coast: Arcachon (A), Breton Sounds (Br), Bourgneuf (B), Vilaine (Vi), Mont Saint-Michel (M) and Veys (V). (b) Centroid of the NAO+ weather regime obtained from daily anomalous sea-level pressure from NCEP/NCAR reanalysis (see Methods). The box shows the region of interest. (c) interannual oyster mortality rate averaged over the six stations (in %, black dots) and cumulated number of NAO+ days per winter (red triangles). Grey shading represents the inter-site standard deviation. The correlation coefficient between the two time series is equal to 0.77 (P < 0.01 based on r-test).

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Reference

Thomas, Y., Cassou, C., Gernez, P., and Pouvreau, S. 2018. Oysters as sentinels of climate variability and climate change in coastal ecosystems. Environ. Res. Lett. 13(10): 104009. doi:10.1088/1748-9326/aae254.

Cet article a fait l’objet de deux communiqués de presse et d’un article dans le site web du quotidien Libération :

17/10/2018/by titodemora

Sound characterization of the European lobster Homarus gammarus in tanks

article du mois

Youenn Jézéquel, Julien Bonnel, Jennifer Coston-Guarini, Jean-Marc Guarini, Laurent Chauvaud

ABSTRACT

Experiments in marine behavioural ecology rely heavily on observations made in tanks. However, when studying acoustic behaviours of marine animals in confined volumes, the effects of reverberation must be characterized, something that has been overlooked in parts of the marine ecology literature. In this study, we characterized reverberation in tanks using an artificial sound source and examined the implications for bioacoustic studies using sounds emitted by the European lobster Homarus gammarus during feeding and in response to stress. Broadband and transient sounds commonly produced by crustaceans were severely impacted by reverberation such that their spectral characteristics and pulse width durations could not be assessed. In contrast, lowfrequency sounds could be characterized in tanks, but not their source level. Based on these observations, we describe a simple methodology to identify which sound characteristics can be measured in tanks. When feeding, the lobsters produced broadband and transient sounds called ‘rattles’, similar to sounds reported for tropical spiny lobsters Palinurus longipes and P. argus. When stressed, H. gammarus vibrated its carapace, producing a low-frequency sound analogous to the ‘buzzing’ sound of the American lobster H. americanus. The potential role of species-specific sound is discussed; however, although our observations represent the first bioacoustic characterization of H. gammarus, additional behavioural studies are necessary to understand their ecological meaning.

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References

Jézéquel Y, Bonnel J, Coston-Guarini J, Guarini JM, Chauvaud L (2018) Sound characterization of the European lobster Homarus gammarus in tanks. Aquat Biol 27:13-23. https://doi.org/10.3354/ab00692

05/06/2018/by sherve@univ-brest.fr

Influence of diatom diversity on the ocean biological carbon pump

article du mois

Abstract

Diatoms sustain the marine food web and contribute to the export of carbon from the surface ocean to depth. They account for about 40% of marine primary productivity and particulate carbon exported to depth as part of the biological pump. Diatoms have long been known to be abundant in turbulent, nutrient-rich waters, but observations and simulations indicate that they are dominant also in meso- and submesoscale structures such as fronts and filaments, and in the deep chlorophyll maximum. Diatoms vary widely in size, morphology and elemental composition, all of which control the quality, quantity and sinking speed of biogenic matter to depth. In particular, their silica shells provide ballast to marine snow and faecal pellets, and can help transport carbon to both the mesopelagic layer and deep ocean. Herein we show that the extent to which diatoms contribute to the export of carbon varies by diatom type, with carbon transfer modulated by the Si/C ratio of diatom cells, the thickness of the shells and their life strategies; for instance, the tendency to form aggregates or resting spores. Model simulations project a decline in the contribution of diatoms to primary production everywhere outside of the Southern Ocean. We argue that we need to understand changes in diatom diversity, life cycle and plankton interactions in a warmer and more acidic ocean in much more detail to fully assess any changes in their contribution to the biological pump.

Graphical abstract

Reference

Tréguer, P., Bowler, C., Moriceau, B., Dutkiewicz, S., Gehlen, M., Aumont, O., Bittner,L., Dugdale, R., Finkel, Z., Ludicone, D., Jahn,O., Guidi, L., Lasbleiz, M., Leblanc, K., Levy, M. & Pondaven, P. (2017). Influence of diatom diversity on the ocean biological carbon pump. Nature Geoscience 11, 27–37 (2017). doi:10.1038/s41561-017-0028-x

https://www.nature.com/articles/s41561-017-0028-x#Abs1

19/03/2018/by sherve@univ-brest.fr

Tréguer, P., Bowler, C., Moriceau, B., Dutkiewicz, S., Gehlen, M., Aumont, O., Bittner,L., Dugdale, R., Finkel, Z., Ludicone, D., Jahn,O., Guidi, L., Lasbleiz, M., Leblanc, K., Levy, M. & Pondaven, P. (2017).