Successions saisonnières du phytoplancton en Manche Occidentale – Mise en évidence à partir de la série temporelle SOMLIT-Astan 2000 – 2017

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Sous la direction de:
Fabienne Rigaut-Jalabert : Ingénieur de recherche, CNRS, Service Observation, Station Biologique de Roscoff
Eric Thiébaut, Professeur, Equipe DIVCO (Diversité et Connectivité en Milieu Marin), UPMC, Station Biologique de Roscoff
Nathalie Simon, Maître de Conférences, Equipe DIPO (Diversité et Interactions au sein du Plancton Océanique), UPMC, Station Biologique de Roscoff

Dans l’équipe
Diversité et Interactions au sein du Plancton Océanique (DIPO) – UMR 7144
Station Biologique de Roscoff
Place George Teissier,
29680 Roscoff

Durée
Stage de Master 2 (6 mois)

Description et objectifs scientifiques du projet

Le phytoplancton, composante végétale du plancton, est constitué d’organismes unicellulaires d’une grande diversité de tailles (de 1 à plus de 100µm) et de formes. Dans l’océan, il assure la fixation du carbone atmosphérique et est à la base des réseaux trophiques. Les rythmes de développement du phytoplancton (successions d’espèces, blooms saisonniers), calés sur les cycles saisonniers des paramètres physiques tels que la lumière et la température, sont des patrons temporels emblématiques des écosystèmes pélagiques. Ces rythmes ont un rôle essentiel dans le fonctionnement des réseaux trophiques marins et des grands cycles biogéochimiques. Des modifications de ces patrons réguliers et synchronisés peuvent mener à des modifications majeures de tout le réseau trophique et par conséquent impacter la qualité et la quantité des ressources marines exploitables (Beaugrand et al. 2003). Plusieurs décennies de recherche ont mis en avant le rôle des facteurs climatiques et hydrologiques, de la compétition et de la prédation, pour expliquer ces patrons (Smetacek et al. 2009, Sommer et al. 2012). Cependant, le rôle que joue la diversité biologique dans la résilience des successions cycliques est encore mal évalué et mal compris.
Dans ce contexte, l’objectif général de ce stage sera de décrire les dynamiques temporelles saisonnières et inter-annuelles phytoplanctoniques en Manche Occidentale, et d’évaluer dans quelle mesure les communautés phytoplanctoniques répondent ou non aux fluctuations des paramètres environnementaux.
Pour répondre à cet objectif, nous mettrons à disposition les données d’observation acquises par la Station Biologique de Roscoff de l’année 2000 à l’année 2016 au site SOMLIT-Astan, situé au large de Roscoff. Plus précisément, les jeux de données à disposition comprendront : (1) des données de biodiversité (abondances de taxons morphologiques, identifiés au microscope ou distinguées sur la base de leurs propriétés optiques par cytométrie en flux) et (2) des données environnementales (température, salinité, concentrations en nutriments etc.). Ces données sont disponibles dans les bases de données du RESOMAR (http://abims.sb-roscoff.fr/pelagos/) et du SOMLIT (http://somlit.epoc.u-bordeaux1.fr/fr/).
Les étapes envisagées sont les suivantes :
(1) Mise en évidence des dynamiques temporelles des principaux groupes fonctionnels du phytoplancton
Cette étape sera conduite à partir de l’analyse des données d’abondance obtenues par cytométrie en flux et microscopie depuis l’année 2000. Les dynamiques temporelles des groupes pico et nano-planctoniques (pico- et nano-eucaryotes photosynthétiques, Synechococcus) ainsi que microplanctoniques (diatomées et dinoflagellés) seront analysées. La phénologie de chacun des groupes ainsi que les tendances concernant son évolution au cours des 16 années de suivi seront décrites.
(2) Mise en évidence des successions cycliques à l’échelle des espèces
Cette tâche sera conduite pour les espèces microphytoplanctoniques (280 espèces distinguées) dénombrées au cours des 10 dernières années (2007-17). Les patrons temporels seront mis en évidence au moyen d’analyses exploratoires de type ordination (nMDS, ACP) et classification à partir des tableaux de comptage des différents taxons (date x variables « taxons »). Ces analyses permettront de vérifier le caractère cyclique de la dynamique des communautés et de décrire la phénologie des espèces dominantes (Guilloux et al. 2013).
(3) Effets des forçages externes sur la structuration de la communauté phytoplanctonique
Les données de biodiversité et les paramètres hydroclimatiques obtenus sur la période 2000 à 2016 seront organisés pour des analyses exploratoires et explicatives (tableaux dates x variables « taxons ») et dates x variables hydroclimatiques). Pour mieux comprendre le rôle des facteurs abiotiques dans le contrôle des successions, des analyses de corrélation entre séries et des méthodes d’analyse multivariées (analyse de redondance, Moran’s eigenvector’s map) (Dray et al. 2006 ; Hernández-Fariñas et al. 2014 ; Legendre & Legendre 2012) seront utilisées. La façon dont la communauté répond aux évènements climatiques exceptionnels sera étudiée en détail. Alors que de récentes études réalisées dans le cadre du SOMLIT ont montré une diminution de la croissance moyenne en chlorophylle a et une modification du rapport N : Si, il s’agira de déterminer si ces changements se répercutent sur la dynamique de la communauté phytoplanctonique.
En fonction de l’avancement du travail, l’étudiant(e) pourra utiliser les données de diversité génétiques acquises sur les années 2009-16 (abondances de séquences correspondant aux entités génétiques distinguées au sein des communautés planctoniques) pour aborder les questions décrites ci-dessus. Ces données génétiques ont été obtenues par séquençage haut-débit de la région V4 du gène codant pour l’ARNr 18S (organismes eucaryotes) (Manno, 2014).
Encadrement du stage :
L’étudiant(e) sera encadré(e) par Fabienne Rigaut-Jalabert, responsable du service Observation et en charge de la série temporelle planctonique SOMLIT-Astan, et notamment les comptages phytoplanctoniques en microscopie et cytomètrie en flux. Fabienne Rigaut-Jalabert pourra donc fournir toute l’aide nécessaire à la compréhension des données à disposition.
Eric Thiébaut, spécialiste de l’écologie marine, fournira un encadrement en matière d’analyse numérique et d’écologie des communautés.
Nathalie Simon, responsable scientifique de la série temporelle SOMLIT-Astan et de la base de données RESOMAR-Pelagos mettra à disposition des compétences en écologie du phytoplancton et guidera l’étudiant(e) dans sa démarche scientifique.
Par ailleurs, l’étudiant(e) collaborera avec les membres de l’équipe Chimie Marine (en particulier Thierry Cariou et Yann Bozec) en charge du SOMLIT à la SBR.
Profil du candidat souhaité
L’étudiant(e) aura des connaissances fondamentales en écologie (des connaissances en écologie marine et océanographie seront un plus), et un goût prononcé pour l’analyse de données.

Projet de financement de thèse et de publication scientifique
Participation à la rédaction d’un article scientifique
Projet de thèse prévu à la suite du M2 (financement non acquis à ce jour, la demande sera faite en janvier).

Bibliographie
Cardinale BJ, Duffy JE, Gonzalez A, Hooper DU, Perrings C, Venail P, Narwani A, Mace GM, Tilman D, Wardle DA, Kinzig AP, Daily GC, Loreau M, Grace JB, Larigauderie A, Srivastava DS, Naeem S (2012) Biodiversity loss and its impact on humanity. Nature 486: 59-67
Dray, S. et al. 2006. Spatial modelling: a comprehensive framework for principal coordinate analysis of neighbour matrices (PCNM). – Ecol. Model. 196: 483–493.
Guilloux, L., Rigaut-Jalabert, F., Jouenne, F., Ristori, S., Viprey, M., Not, F., Vaulot, D., Simon, N., 2013. An annotated checklist of Marine Phytoplankton taxa at the SOMLIT-Astan time series off Roscoff (Western Channel, France): data collected from 2000 to 2010. Cah Biol Mar. 54, 247-256
Hernández-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,
Legendre & Legendre (2012) Numerical ecology, 3rd edition, Elsevier
Manno M (2014) Approches bioinformatiques et biostatistiques pour étudier l’Ecologie du phytoplancton au large de Roscoff. Master, Université de Nantes, 30 pp
Smetacek, V., 1985. Role of sinking in diatom life-history cycles: ecological, evolutionary and geological significance. Mar Biol. 84, 239–251
Sommer U, Adrian R, De Senerpont Domis L, Elser JJ, Gaedke U, Ibelings B, Jeppesen E, Lürling M, Molinero JC, Mooij WM, van Donk E, Winder M (2012) Beyond the Plankton Ecology Group (PEG) Model: Mechanisms Driving Plankton Succession. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics 43: 429-448

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