Lieu
UMR Ecologie et Santé des Ecosystèmes (ESE)
Agrocampus Ouest/INRA
Bat. 15, 65 rue de St-Brieuc
35042 RENNES

Responsable
Emilien Lasne (INRA, ESE, Rennes)

Collaborateurs
Guillaume Evanno (INRA, ESE, Rennes)
Jean-Marc Roussel (INRA, ESE, Rennes)
Dominique Ombredane (Agrocampus Ouest, ESE, Rennes)

Durée
6 mois (idéalement début janvier 2017)

Contexte et objectif
Les écosystèmes aquatiques sont particulièrement vulnérables dans le contexte de changement climatique, d’une part parce que les organismes aquatiques ont des possibilités parfois limitées de changer d’environnement du fait de la structure même des réseaux hydrographiques, d’autre part, parce que le climat agit directement sur les milieux aquatiques d’un point de vue physico-chimique (e.g. température, oxygène dissous, teneur en matières nutritives et particulaires, …) et hydrologique (e.g. niveaux d’eau, débits). Enfin, les organismes aquatiques sont essentiellement des ectothermes chez qui la température régule de nombreux processus physiologiques, et en tout premier lieu l’activité métabolique. Les jeunes stades de poissons de développement sont reconnus comme étant les plus sensibles [1], [2].
En plus de son effet propre, la température peut moduler l’effet d’autres facteurs environnementaux. Les milieux aquatiques sont en effet exposés à de nombreuses autres pressions anthropiques (e.g. pollutions de l’eau, fragmentation, modifications géomorpholohiques…)[3]. Des pressions peuvent engendrer des impacts relativement bénins sous conditions thermiques non stressantes mais peuvent voir leurs effets fortement amplifiés dans des conditions thermiques sub-optimales [4], [5]. Ceci remet en question les connaissances acquises et justifie de réexaminer l’effet de pressions déjà connues dans différents scénarios thermiques [6].

Les espèces d’eau froide en sud de leur aire de distribution sont particulièrement exposées et constituent des bons modèles pour appréhender et mettre en évidence les effets du changement climatiques. En France, le saumon atlantique, espèce migratrice sténotherme d’eau froide à grande valeur patrimoniale et socio-économique, est proche de sa limite méridionale de distribution. Les populations Françaises sont considérées comme menacées depuis plusieurs décennies et font l’objet d’une gestion et d’une réglementation stricte. Des approches de modélisation [7], [8] comme des observations de terrain [9] ou en laboratoire [10] pointent les effets négatifs du changement climatique qui va s’ajouter ou se combiner aux pressions ‘historiques’ déjà existantes parmi lesquelles la perte de connectivité et la dégradation des habitats des différents stades de vie avec des effets encore peu connus.

En eau douce, l’incubation des œufs de salmonidés dans les frayères est une phase particulièrement critique. Le colmatage des frayères par des sédiments – souvent en lien avec les activités humaines environnantes – est une cause majeure de mortalité des embryons [11], [12]. Lorsque les sédiments fins sont trop abondants dans le substrat des cours d’eau et en colmatent la matrice d’éléments grossiers, ils peuvent induire une forte hypoxie sur les embryons dont les conséquences à court et moyen termes ont fait l’objet de plusieurs études antérieures dans l’Unité [13]–[15]. En plus d’eau bien oxygénée, l’embryon de saumon a besoin d’eau froide.

L’objectif de l’étude dans le cadre de laquelle s’inscrit ce stage est de comprendre comment l’augmentation des températures des cours d’eau peut interagir avec le colmatage des frayères pour contrôler le succès reproducteur.

Hypothèses de travail
D’une part, des températures élevées sont connues pour accroître l’activité métabolique des embryons et donc leur demande en oxygène. D’autre part, la présence de sédiments fins dans le milieu d’incubation est supposée 1- réduire la disponibilité en oxygène par respiration bactérienne (action biologique) qui elle-même augmente avec la température et 2- limiter les échanges gazeux entre l’embryon et le milieu extérieur lorsqu’ils se déposent sur les embryons (action mécanique). Ces deux facteurs de stress devraient donc agir en synergie pour perturber le développement embryonnaire. L’objectif du stage est donc d’étudier en milieu expérimental l’interaction entre température et sédiments fins sur la première phase du développement embryonnaire (stade œuf jusqu’à l’éclosion) du saumon atlantique.

Méthodes
Des œufs de saumons seront exposés à un double gradient réaliste de température et de concentration en sédiments fins issus du milieu naturel à des valeurs choisies sur la base d’observations de terrain déjà acquises (enregistreurs de température et pièges à sédiments placés sur des frayères). Le développement embryonnaire sera suivi de la fécondation à l’éclosion pour évaluer des paramètres tels que le taux de survie, la vitesse de développement, la taille à l’éclosion de l’embryon vésiculé et l’occurrence de malformations.

Travail à réaliser
Pour répondre à l’objectif, l’étudiants devra mettre en œuvre au laboratoire la méthodologie retenue et assurera le suivi de l’expérience (décompte des mortalités, mesure des caractéristiques des embryons, directement ou sur photos…). Il sera chargé du traitement statistique des données et les résultats obtenus seront confrontés à ceux de la littérature.

Profil recherché
– étudiant en formation bac +5 ayant des notions de base en biologie des organismes aquatiques
– intérêt pour la biologie évolutive
– intérêt pour les approches expérimentales
– maitrise des outils statistiques (GLM, GLMM) appréciée

Conditions du stage
– indemnités statutaires de stage (3,60 € par heure de stage soit environ 554.40 € par mois)
– frais de déplacement pris en charge

Contact
[email protected] (adresser par mail CV + lettre de motivation avant le 20 novembre)

Références
[1] N. W. Pankhurst and P. L. Munday, “Effects of climate change on fish reproduction and early life history stages,” Mar. Freshw. Res., vol. 62, no. 9, pp. 1015–1026, 2011.
[2] J. A. M. Elliott and J. A. M. Elliott, “Temperature requirements of Atlantic salmon Salmo salar, brown trout Salmo trutta and Arctic charr Salvelinus alpinus: Predicting the effects of climate change,” J. Fish Biol., 2010.
[3] G. Woodward, D. M. Perkins, and L. E. Brown, “Climate change and freshwater ecosystems: impacts across multiple levels of organization,” Philos. Trans. R. Soc. B Biol. Sci., vol. 365, no. 1549, pp. 2093–2106, 2010.
[4] J. J. Piggott, D. K. Niyogi, C. R. Townsend, and C. D. Matthaei, “Multiple stressors and stream ecosystem functioning: Climate warming and agricultural stressors interact to affect processing of organic matter,” J. Appl. Ecol., vol. 52, no. 5, pp. 1126–1134, 2015.
[5] L. Mari, L. Garaud, G. Evanno, and E. Lasne, “Higher temperature exacerbates the impact of sediments on embryo performances in a salmonid,” Biol. Lett., vol. 12, no. 12, 2016.
[6] A. H. Arthington, N. K. Dulvy, W. Gladstone, and I. J. Winfield, “Fish conservation in freshwater and marine realms: status, threats and management,” Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems. 2016.
[7] G. Lassalle and E. Rochard, “Impact of twenty-first century climate change on diadromous fish spread over Europe, North Africa and the Middle East,” Glob. Chang. Biol., vol. 15, no. 5, pp. 1072–1089, May 2009.
[8] L. Comte, L. Buisson, M. Daufresne, and G. Grenouillet, “Climate-induced changes in the distribution of freshwater fish: Observed and predicted trends,” Freshw. Biol., vol. 58, no. 4, pp. 625–639, 2013.
[9] D. Ombredane, A. Bardonnet, and L. Jégousse, “Evaluation indirecte du colmatage des substrats en cours d’eau lotiques,” Rapport ONEMA, 2011.
[10] J. Côte, J.-M. Roussel, S. Le Cam, F. Guillaume, and G. Evanno, “Adaptive divergence in embryonic thermal plasticity among Atlantic salmon populations,” J. Evol. Biol., vol. 29, no. 8, pp. 1593–1601, Aug. 2016.
[11] D. A. Sear et al., “Does fine sediment source as well as quantity affect salmonid embryo mortality and development?,” Sci. Total Environ., vol. 541, pp. 957–968, 2016.
[12] S. M. Greig, D. A. Sear, and P. A. Carling, “The impact of fine sediment accumulation on the survival of incubating salmon progeny: Implications for sediment management,” Sci. Total Environ., vol. 344, no. 1–3 SPEC. ISS., pp. 241–258, 2005.
[13] J.-M. Roussel, “Carry-over effects in brown trout (Salmo trutta): hypoxia on embryos impairs predator avoidance by alevins in experimental channels,” Can. J. Fish. Aquat. Sci., vol. 64, no. 5, pp. 786–792, 2007.
[14] J. Côte, J. M. Roussel, S. Le Cam, G. Bal, and G. Evanno, “Population differences in response to hypoxic stress in Atlantic salmon,” J. Evol. Biol., vol. 25, no. 12, pp. 2596–2606, 2012.
[15] J. Côte, J. M. Roussel, S. Le Cam, and G. Evanno, “Outbreeding Depression in Atlantic Salmon Revealed by Hypoxic Stress During Embryonic Development,” Evol. Biol., vol. 41, no. 4, pp. 561–571, 2014.

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