Impact of changing environment on phytoplankton communities: integrating ecological niches and functional traits approaches to community studies in the Bay of Seine

Impact des changements environnementaux sur le phytoplancton : intégration des approches par niche écologique et traits fonctionnels à l’étude des communautés phytoplanctoniques en Baie de Seine

– Directeur de thèse : Dr Pascal Claquin
– Co-directeur de thèse : Dr Tania Hernández Fariñas
– Laboratoire/unité, département d’accueil : IFREMER, LERN – ODE
– Ecole doctorale de rattachement : ED 947 (EDNBISE) UNICAEN
– Date limite de candidature : 9 mai 2018
– Modalité de candidature : Curriculum vitae, lettre de motivation et relevés de notes (M1 et M2) à envoyer directement à [email protected] ou [email protected]

Contexte :
Les efflorescences phytoplanctoniques se développant dans les zones côtières sont des phénomènes naturels et récurrents indispensables à la production hétérotrophe. Cependant, un nombre important de travaux font état de variations du compartiment phytoplanctonique en réponse aux pressions anthropiques qui s’exercent sur les écosystèmes côtiers, ainsi que de l’expansion en termes de fréquence et d’aires de distribution des événements nuisibles associés aux efflorescences algales. En particulier, l’activité de pêche et d’aquaculture française a dû faire face depuis une trentaine d’années, à l’émergence et à la multiplication d’efflorescences de microalgues toxiques (Husson et al., 2016). Dans ce contexte, la région de Normandie représente 50 à 70% de la production française de coquilles Saint Jacques (i.e. 5000 à 15000 tonnes année) et constitue la deuxième région conchylicole, d’où les enjeux économiques et sanitaires associés aux efflorescences algales toxiques. Trois crises majeures d’ASP (de l’anglais Amnesic Shellfish Poisoning) se sont produites entre 2004 et 2012 en baie de Seine, conduisant à une vigilance accrue et à des mesures d’interdiction de pêche. En 2005, une toxine produite par Dinophysis a également engendré des interdictions de pêche dans cette zone.

Il apparaît donc important de poursuivre l’étude de ce compartiment en baie de Seine afin de mettre en évidence les mécanismes forçant les variations de ces communautés (intra- et interannuelles) et plus particulièrement des taxons toxiques / nuisibles. L’étude de ces derniers demande également une connaissance du contexte biotique dans lequel ces taxons évoluent incluant ainsi l’ensemble de la communauté phytoplanctonique et qui définit en partie les interactions interspécifiques ayant lieu. Le LERN étudie depuis de nombreuses années la dynamique du phytoplancton avec un intérêt particulier sur les espèces toxiques, mais la complexité des réponses de ce compartiment aux variations environnementales nécessite une meilleure compréhension des contrôles abiotiques et biotiques jouant un rôle dans la définition des niches réalisées. Ainsi, si plusieurs études précédentes éclairent une partie de l’impact des forçages environnementaux et des pressions anthropiques sur ces peuplements (Hernández Fariñas et al., 2014 ; Thorel et al., 2017), il en ressort la possibilité d’intégrer d’autres approches comme celle de niches écologiques et de traits fonctionnels afin de mieux comprendre et de prédire la réponse de ce compartiment face à un environnement par nature multidimensionnel. A la question de Hutchinson (1961) de pourquoi « nous observons autant d’espèces » et qui a été résumé dans son « paradoxe du phytoplancton » s’ajoute donc le besoin d’expliquer pourquoi certaines microalgues prolifèrent sous certaines conditions et pas d’autres. Ces questions sont toujours d’actualité et font partie intégrante du projet de recherche Interreg S3-EUROHAB.

Malgré la complexité associée à l’étude de ce compartiment, l’importance des changements que les écosystèmes estuariens et côtiers subissent de nos jours justifie ainsi que l’on cherche à répondre à plusieurs questions : peut-on déterminer et hiérarchiser les facteurs contrôlant les efflorescences microalgales ? De quelle façon les diverses altérations du milieu physique et chimique pourraient affecter différents groupes fonctionnels du phytoplancton, y compris les espèces nuisibles ? Ces questions font appel à des approches méthodologiques permettant d’analyser cet environnement multidimensionnel et les réponses non-linéaires de peuplements de microalgues. Une approche prometteuse pour composer avec cette complexité consiste à définir de façon quantitative la niche écologique du phytoplancton et ainsi déterminer l’influence de conditions environnementales sur la niche des espèces ou groupes fonctionnels. En outre, le concept d’espace environnemental associé à la niche écologique peut être transposé aux dimensions temporelles et spatiales , dans un contexte de gradient environnemental afin d’avoir une meilleure compréhension de la dynamique de ces communautés, leur phénologie et les interactions possibles entre les différents taxons. La possibilité de coupler la niche écologique et les traits fonctionnels ouvre autant de perspectives afin de révéler les mécanismes structurant ces communautés.

Objectif, actions et calendrier de travail
Dans le cadre du projet S3-EUROHAB, la thèse se propose de :

(i) analyser l’impact des facteurs environnementaux sur les communautés phytoplanctoniques dans la baie de Seine (structure, composition, phénologie) avec un accent sur les taxons clés de l’écosystème et notamment ceux considérés comme toxiques ou nuisibles (Pseudo-nitzschia et Dinophysis). Cette première étape permettra de dresser un bilan des patrons de variabilité (intra- et interannuelle) des populations phytoplanctoniques et le lien avec le milieu. Cette thèse considérera deux autres approches (1) par niche écologique et (2) traits fonctionnels qui ont le potentiel d’apporter une base plus mécaniste pour comprendre les causes des variations des peuplements phytoplanctoniques,

(ii) identifier les facteurs environnementaux contrôlant les épisodes toxiques de Pseudo-nitzschia et Dinophysis et le lien avec la contamination des coquillages. Le (La) doctorant(e) disposera des données de contamination de coquillages (toxines lipophiles et acide domoïque) et bénéficiera des analyses d’acide domoïque effectuées dans la colonne d’eau.

La thèse s’inscrit dans le projet Interreg S3-EUROHAB, plus particulièrement sur l’axe « Facteurs environnementaux conduisant aux HAB dans la région Franche Manche Angleterre ». Dans le contexte de la baie de Seine, S3-EUROHAB a également pour objectif de mieux comprendre la relation entre les proliférations de Pseudo-nitzschia, les variations du milieu et la contamination des coquillages et le rôle du panache de Seine dans le transport et dispersion des efflorescences de Pseudo-nitzschia. Le projet est porté par le Laboratoire Marin de Plymouth (PML) en collaboration avec l’Ifremer (Dyneco/Pelagos, LERN, LERBL), l’UBO et l’Université de Southampton.

– Abstract :

The proposal aims to evaluate the impact of different environmental factors on the phytoplankton communities in the Bay of Seine (structure, composition, phenology) with an emphasis on key species and particularly species having a negative impact on ecosystems functioning, water quality, human activities and health. The western English Channel is periodically the witness of toxic episodes related with microalgae blooms, in particular of Pseudo-nitzschia and Dinophysis. The PhD will first explore the long-term data acquired at the regional scale in the context of the REPHY / RHLN monitoring program to assess the patterns of phytoplankton variability (intra and interannual) and the link with environmental conditions (abiotic and biotic). Further field studies and laboratory experiments will be carried out to deepen and refine these response patterns. The candidate will test two approaches (ecological niche and functional traits) to have a better characterization of the distribution and occurrence frequency of phytoplankton taxa along environmental gradients, and will work on the definition of the ecological niches using functional traits of organisms. The candidate will also study the link between toxic blooms and its toxicity at the Seine plume interface. This thesis is part of the Interreg S3-EUROHAB project.

– Profil de candidature souhaitée :

Le candidat devra avoir obtenu un Master en écologie ou biologie océanographique. Des capacités dans le traitement de données, écologie quantitative et programmation (R) sont vivement souhaitables mais le candidat profitera également d’un appui afin de développer / confirmer les compétences nécessaires dans le projet. Une expérience dans la culture des microalgues est un plus. Le candidat devra avoir un goût prononcé pour le travail en équipe, et doit être à l’aise en anglais afin de s’imprégner de la littérature scientifique associé au sujet, communiquer en conférences et groupes de travail S3-EUROHAB ainsi que rédiger des publications scientifiques à comité de lecture.

An undergraduate degree in ecology or biological oceanography is required. Candidates who are familiar with data mining, quantitative ecology and coding (R) will be given priority, though the candidate will receive the particular skills needed for the project. A prior experience in microalgae culture is considered a plus. Good cooperation and communication skills in English language (written and oral) is highly recommended.

– Quelques publications des encadrants en lien avec le projet :

Hernandez Fariñas, T., Soudant, D., Barillé, L., Belin, C., Lefebvre, A. & Bacher, C. (2014). Temporal changes in the phytoplankton community along the French coast of the eastern English Channel and the southern Bight of the North Sea. ICES Journal of Marine Science, 71, 821-833.

Hernandez Fariñas, T., Bacher, C., Soudant, D., Belin, C., Barillé, L. (2015). Assessing phytoplankton realized niches using a French National Phytoplankton Monitoring Network. Estuarine Coastal and Shelf Science, 159, 15-27

Husson, B., Hernández Fariñas, T., Le Gendre, R., Schapira, M., & Chapelle, A. (2016) Two decades of Pseudo-nitzschia spp. blooms and king scallop (Pecten maximus) contamination by domoic acid along the French Atlantic and English Channel coasts: Seasonal dynamics, spatial heterogeneity and interannual variability, Harmful Algae, 51, 26-39.

Karasiewicz, S., Breton, E., Lefebvre, A., Hernandez Farinas, T., Lefebvre, S. (2018). Realized niche analysis of phytoplankton communities involving HAB: Phaeocystis spp. as a case study . Harmful Algae , 72, 1-13 .

Thorel, M., Claquin, P., Schapira, M., Le Gendre, R., Riou, P., Goux, D., Le Roy, B., et al. (2017) Nutrient ratios influence variability in Pseudo-nitzschia species diversity and particulate domoic acid production in the Bay of Seine (France), Harmful Algae, 68, 192-205.

Vous trouverez les informations requises à la candidature et modalités sur la page https://wwz.ifremer.fr/Recherche-Technologie/Politique-scientifique/Theses-et-post-doctorats/Theses-2018-2019

Le contenu de cette offre est la responsabilité de ses auteurs. Pour toute question relative à cette offre en particulier (date, lieu, mode de candidature, etc.), merci de les contacter directement.

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