Archive d’étiquettes pour : réseau trophique

Écologie et physiologie des organismes photosynthétiques

Contexte général

Biomasse « primaire », le phytoplancton et le microphytobenthos sont largement impliqués dans le fonctionnement des chaines trophiques, dans la dynamique des cycles biogéochimiques et des échanges océan-atmosphère ce qui en fait un objet d’étude important et transverse aux équipes du LEMAR. Les fluctuations quantitatives et qualitatives des communautés phytoplanctoniques dépendent de facteurs physiques, chimiques et biologiques du milieu en forte évolution sous la pression des activités humaines. La connaissance dans ce domaine est aujourd’hui limitée à la description de certains des phénomènes « majeurs » : fluctuation et succession saisonnière des espèces, efflorescences spécifiques… Les études mettent en évidence des perturbations importantes de ces communautés sous l’influence des forçages anthropiques tels que l’augmentation des apports terrigènes (e.g. métaux traces, Fe, Cu, Co), l’augmentation du CO2 atmosphérique et de la température. L’évolution spatiale et temporelle de la communauté phytoplanctonique et microphytobenthique en résultant comme le développement d’efflorescences de micro-algues toxiques impacte à son tour directement les transferts océans/atmosphère (carbone, métaux-traces), mais aussi sur les ressources alimentaires pélagiques et benthiques (coquilles Saint-Jacques, huîtres…). La composition phytoplanctonique a un impact direct sur l’ensemble de l’écosystème.

Objectifs de l’axe : Dans ce contexte, nous avons identifié plusieurs objectifs communs aux 3 équipes du LEMAR, notamment :

– étudier et mieux caractériser la distribution spatiale et temporelle des populations phytoplanctoniques et micro-phytobenthiques

– évaluer l’impact des facteurs biotiques et abiotiques sur cette distribution spatiale

– étudier les réponses biologiques et physiologiques de ces populations phytoplanctoniques et microphytobenthiques aux forçages environnementaux.

Autour de ces thématiques, l’objectif de l’axe transversal sera donc :

(1) de mutualiser les connaissances et collaborations acquises individuellement par les chercheurs du LEMAR,

(2) de générer des projets inter-équipe permettant de mieux répondre aux problématiques posées

(3) de mieux caractériser nos besoins en matériel de pointe et en chercheurs spécialistes de la physiologie et de l’écologie des communautés microbiennes marines.

Animation de l’axe :

Aude LEYNAERT (CNRS), Cécile KLEIN (UBO)

Organisation des séances :

Un effort d’animation et de formation sera développé au sein de cet axe transverse, en particulier à travers la mise en place de plusieurs actions.

  • Séminaires bibliographiques : les participants se réuniront régulièrement pour présenter en quelques minutes des publications significatives par les progrès conceptuels ou techniques qu’elles apportent, ou par la controverse qu’elles peuvent susciter.
  • Formations pratiques sur les instruments et les installations de culture du laboratoire : un effort particulier sera engagé sur la formation des doctorants afin de faciliter leur autonomie sur les matériels dédiés.
  • Organisation de formations externes pour l’acquisition de nouvelles techniques et technologies concernant les problématiques développées.
  • Réflexion collective sur les besoins en structures expérimentales et d’analyse (mésocosmes, mesures in situ, analyse des communautés…).
  • Concertation et coordination sur l’achat, l’installation et la gestion des équipements communs indispensables aux expérimentations.

Le devenir du carbone dans l’océan profond

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La pompe biologique de carbone peut être décomposée en trois étapes : la formation du carbone biogène en surface (production), le transfert sous de la couche mélangée (export) et l’atténuation du flux dans la zone mésopélagique (200-2000 m), vers un stockage à long terme (> 1000 ans) dans l’océan profond et les sédiments. Pour des raisons opérationnelles, les années 1980-2000 se font fortement focalisées sur les deux premiers volets de la pompe biologique (programme international JGOFS). La profondeur de l’atténuation du flux de carbone avec la profondeur qui impose de fortes contraintes sur les échelles de temps de stockage de carbone dans l’océan profond, est contrainte par la dynamique océanique (turbulence, petites échelles, etc.), les processus de dissolution, l’activité biologique (activité hétérotrophe, respiration) et le comportement des particules (sédimentation, agrégation/désagrégation). L’évolution des moyens d’observations (plateformes autonomes, mesures à haute fréquence, acoustique, imagerie, biologie moléculaire, etc.), ainsi que les progrès en modélisation (puissance des ordinateurs, prise en compte de la complexité, Intelligence Artificielle), permettent d’aborder maintenant frontalement cette question. Le LEMAR s’inscrit pleinement dans cette nouvelle dynamique et s’appuie sur son expertise dans la description du devenir de la matière organique dissoute, les cycles du silicium, du fer et du carbone, le rôle du zooplancton, les processus de reminéralisation, la dynamique des particules, l’étude de la petite échelle en zone mésopélagique (voir AR2.1 CHIBIDO), la modélisation (en lien avec les équipes de l’IMT Atlantique développant des approches en Intelligence Artificielle), en microbiologie ou en écologie pour s’impliquer et porter des projets internationaux sur cette thématique. Par ailleurs, le laboratoire a activement participé à la création du consortium international JETZON (Joint Exploration of the Twilight Zone Ocean Network : https://jetzon.org/) coordonnant les programmes sur la zone mésopélagique.

Écologie fonctionnelle

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La compréhension du rôle et des fonctions des organismes dans leur milieu de vie est un objectif majeur fixé par l’équipe DISCOVERY. Pour simplifier la représentation de la biodiversité et son rôle dans le fonctionnement des écosystèmes, il est utilisé une approche fonctionnelle de la biodiversité en recherchant des groupes d’espèces, caractérisés par des traits biologiques communs (mode trophique, de mobilité, de remaniement sédimentaire, de bioirrigation…) qui ont des effets homologues sur des fonctions écologiques clés (par ex. : réseaux trophiques, production primaire, photosynthèse, flux biogéochimiques, bioturbation…). Une attention particulière sera portée sur la variabilité des traits biologiques (redondance fonctionnelle) en réponse aux interactions biotiques et abiotiques, et sur l’étude des interactions entre les groupes fonctionnels (facilitation, complémentarité, inhibition, compétition) pour apprécier la complexité des communautés. Ces informations nous permettront de conceptualiser, développer et paramétrer des modèles de structuration des communautés et de fonctionnement des écosystèmes.

Nouvelles approches en écologie trophique

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La compréhension du fonctionnement des écosystèmes passe par notre capacité à identifier les voies par lesquelles l’énergie et la matière transitent au sein des communautés. Cette description est compliquée en milieu marin par (1) la nature microscopique des sources ingérées par de nombreux organismes, (2) la variabilité spatio-temporelle du régime alimentaire des organismes, (3) les fortes capacités de mobilité de nombreuses espèces, qui ont ainsi la capacité de trouver leur alimentation dans de nombreux habitats différents, et (4) le caractère fortement opportuniste du point de vue alimentaire de nombreuses espèces. Comprendre les relations trophiques au sein des écosystèmes passe ainsi par notre capacité à étudier de manière empirique ces liens dans le milieu naturel, en décrire les variables forçantes via l’expérimentation, et en comprendre les conséquences, de l’organisme à l’écosystème, via des approches de modélisation. Dans ce contexte, le LEMAR a connu depuis quelques années un fort développement avec les recrutements de chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs et techniciens, et le développement de plateformes analytiques lui conférant une capacité inégalée en France dans le domaine de l’analyse isotopique et lipidique appliquée au milieu marin, ainsi que dans le domaine de la modélisation bioénergétique et écosystémique. Désormais mises en œuvre dans tous les milieux marins, côtiers et hauturiers, polaires, tempérés en tropicaux, sur de nombreux modèles biologiques et habitats, ces approches seront encore amenées à se développer au cours des prochaines années; elles apporteront de nouvelles perspectives dans la compréhension du fonctionnement des écosystèmes et des organismes marins.

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