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Écologie acoustique

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Les acoustiques passive et active contribuent chacune, au travers de méthodologies différentes mais toutes non intrusives et non destructives, au développement d’une écologie acoustique. A l’échelle des écosystèmes aquatiques, l’acoustique active (sondeur, sonar) permet la description du « paysage biotique », à hautes résolutions spatiale et temporelle, fournissant la distribution et la densité du necton, micronecton et zooplancton présents entre la surface et le fond de la mer ; des fronts tels que la thermocline ou l’oxycline, sont également détectables. Ainsi des relations trophiques ou des interactions physique/biologie peuvent être mises en évidence. La clarification de ces dernières reste toutefois un sujet complexe. Par ailleurs pour les échelons trophiques intermédiaires, les estimations de biomasses, essentielles pour de nombreuses recherches (environnement trophique des prédateurs, hot-spots à préserver, contribution des migrations nycthémérales aux flux de carbone, amélioration des modèles biogéochimiques ou écosystémiques), nécessitent la reconnaissance des organismes (gélatineux, crustacés, poissons mésopélagiques), ce qui reste un véritable défi. L’acoustique passive écoute et étudie les sons provenant de l’anthropophonie (bateaux, battages, pêches,…), de la géophonie (pluie, vagues,…) et de la biophonie. Chez les invertébrés, l’acoustique passive est utilisée dans un large panel d’applications, passant par la détection et l’identification d’espèces cryptiques ou en danger d’extinction, l’estimation de densité de populations, la localisation d’individus, le suivi des rythmes d’activités et de la période de reproduction. L’acoustique passive doit pouvoir, dans un avenir proche, proposer de nouveaux outils d’évaluation de la santé des écosystèmes marins en associant biologie, écologie, traitement du signal et intelligence artificielle.

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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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Réponses adaptatives physiologiques et comportementales des organismes face aux contraintes environnementales multiples

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(C) M. Lutier

Observation, expérimentation et modélisation

L’une des grandes forces de l’équipe PANORAMA réside dans l’étude des réponses physiologiques et comportementales des organismes marins face aux contraintes du milieu, qu’elles soient d’origines biotiques ou abiotiques. L’équipe s’efforce d’appréhender de façon monofactorielle ou multistress, sur différentes espèces présentes principalement dans les zones côtières, les effets de facteurs liés au changement climatique (réchauffement, acidification, hypoxie, contrainte nutritionnelle) et/ou de polluants émergents. Elle développe notamment des approches en écotoxicologie visant à étudier, sur différents modèles, l’impact des micro- et nanoplastiques, pour lesquels notre laboratoire est précurseur, ou celui des microalgues toxiques, qui représente aussi une des forces du laboratoire, ou bien encore celui de pollutions diffuses. Nous disposons de structures et de moyens expérimentaux et d’observation exceptionnels qui nous permettent de suivre l’effet de ces perturbations et contaminants, en grand volume et sur l’ensemble du cycle de vie des organismes : gamètes, embryons, larves, juvéniles et adultes. Grâce à cela, nous appréhendons également les effets inter et transgénérationnels des contaminants, polluants, microalgues toxiques et de leurs toxines. Nos approches expérimentales sont complétées par des études menées en parallèle dans le milieu naturel où des suivis d’observation (par ex., suivi d’efflorescences de microalgues toxiques) et des expérimentations in situ (par ex. expériences de caging) sont réalisés. Notre laboratoire est très présent sur la place brestoise, dans le cadre de collaborations soutenues avec le CEDRE et l’ANSES, mais aussi au niveau national, avec la participation active au GdR Écotoxicologie Aquatique, et l’animation du GdR PHYCOTOX et du GdR « Polymères et Océans ». Notre démarche intègre tous les niveaux d’organisation biologique grâce aux nouvelles approches « omiques » en écotoxicologie, en association avec des mesures de biologie cellulaire, d’histologie, et d’éco-physiologie. Nous complétons ce couplage observation, expérimentation par de la modélisation en lien avec l’AT « Couplage » et les modélisateurs de l’équipe DISCOVERY.

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Approche intégrative hôtes-microorganismes-environnement

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Dans un contexte de changement climatique, l’émergence de maladies modifie notablement la dynamique des populations hôtes et pathogènes, mais aussi les réseaux d’interactions plus complexes à différentes échelles dans l’écosystème

Les écosystèmes marins sont formés de réseaux d’interactions complexes intégrant différents niveaux d’échelles temporelles et spatiales. Or, les changements globaux peuvent modifier ces réseaux en augmentant notamment l’intensité et la virulence des maladies infectieuses. Il est aujourd’hui fondamental d’avoir une compréhension fine des systèmes hôtes-microorganismes-environnement, qui demande des approches intégratives incluant l’étude de tous les organismes symbiotiques (virus, procaryotes ou eucaryotes) et plus largement des microbiotes associés à l’hôte, ainsi que de la physiologie des organismes hôtes ou vecteurs (e.g. système immunitaire et inflammation, métabolisme et nutrition), le tout, dans une approche environnementale globale. Cette approche intégrative, qui est une force en pleine expansion au sein du LEMAR, s’attachera à comprendre ces associations en faisant appel à de multiples compétences (« omics », génétique, épigénétique, analyses fonctionnelles cellulaires) permettant d’intégrer à nos recherches de nouveaux concepts d’écologie évolutive et de la santé (“One Health”) qui vont bouleverser nos paradigmes sur les systèmes hôtes-microorganismes-environnement.

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Laboratoire LEMAR – 2018

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