Ecole Doctorale

Sciences de l'Environnement

Spécialité

Sciences de l'environnement: Océanographie

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

Mesozooplancton,Mer Méditerranée,Structure de taille,FLOWCAM - ZOOSCAN,Forçage climatique,Biodiversité

Keywords

Mesozooplankton,Mediterranean Sea,Size structure,FLOWCAM - ZOOSCAN,Climate forcing,Biodiversity

Titre de thèse

Étude de la structure de la communauté du mésozooplancton et de son rôle trophique en mer Méditerranée lors des deux campagnes océanographiques à grande échelle PEACETIME et MOOSE en 2017
Study of the mesozooplankton community structure and trophic role in the Mediterranean Sea during the two large scale oceanographic surveys PEACETIME and Moose in 2017

Date

Mardi 2 Mars 2021 à 14:00

Adresse

MIO, Oceanomed, 163 Avenur de Luminy 13288, Marseille Amphithéâtre

Jury

Directeur de these M. François CARLOTTI Aix-Marseille Université
Rapporteur Mme Maria Grazia MAZZOCCHI Department of Integrative Marine Ecology, Stazione Zoologica Anton Dohrn
CoDirecteur de these M. Marc PAGANO Aix-Marseille Université
Rapporteur Mme Maria Luz FERNáNDEZ DE PUELLES Centro Oceanográfico de Baleares, Instituto Español de Oceanografía
Examinateur Mme France VAN-WAMBEKE Aix-Marseille Université
Examinateur M. Rubén ESCRIBANO Universidad de Concepción

Résumé de la thèse

Le mésozooplancton (organismes hétérotrophes multicellulaires de taille 0,2-20mm) est un compartiment clé des écosystèmes pélagiques marins en tant que consommateur des producteurs primaires et du microzooplancton, et en tant que source de nourriture pour les poissons et les plus grands organismes planctivores. Dans cette thèse, nous avons recherché la meilleure combinaison de filets de prélèvement et de techniques d'analyse des échantillons pour délivrer la plus complète estimation de l’abondance, la structure de taille et les taux trophiques et métaboliques associés. Nous nous sommes tout d'abord concentrés sur la méthodologie avec une comparaison de filets de différentes mailles et de techniques d'analyse par imagerie (FlowCAM et ZOOSCAN) à partir d'échantillons prélevés à deux stations JULIO et ANTARES de Méditerranée nord-ouest. Par cette combinaison, nous mettons en évidence la contribution significative des petites classes de taille, particulièrement importante en Méditerranée et généralement sous-estimée par l'utilisation traditionnelle des filets de 200 µm. Ensuite, nous avons appliqué cette méthodologie optimisée pour étudier les réponses de la communauté du mésozooplancton dans: (1) la Méditerranée du Nord-Ouest (étudiée lors de la campagne ‘MOOSE Grande Echelle’ de septembre 2017), région à productivité printanière et estivale fortement dépendante du processus de convection hivernale des eaux profondes, et (2) les sous-bassins sud de Méditerranée (algérien, tyrrhénien, et ionien; campagne ‘PEACETIME’ mai-juin 2017), des régions oligotrophes épisodiquement fertilisées par des événements de dépôt de poussières sahariennes riches en nutriments. Pour les deux campagnes, nous documentons les patrons structurels et fonctionnels de la communauté zooplanctonique en relation avec les variables environnementales. La structure taxonomique y était dominée par les copépodes, principalement les cyclopoïdes et les calanoïdes, et complétée par les appendiculaires, les ostracodes et les chaetognathes. Des analyses multivariées et des diagrammes rang-fréquence, ont montré des différences d’assemblage marquées entre les deux campagnes, mais légères entre les sous-bassins visités dans chacune des campagnes. En général, le mésozooplancton total a montré des variations d'abondance et de biomasse réduites sur l'ensemble de la zone, avec une contribution notable de la fraction de petite taille (<500 μm) à la fois en abondance et en biomasse, et par conséquent en flux associés (demande en carbone, pression de broutage, respiration et excrétion). Bien que la convection hivernale profonde de 2017 ait été d’intensité faible à moyenne et que l'échantillonnage de MOOSE-GE 2017 ait eu lieu en fin d'été, les patrons de distribution du zooplancton dans la région centrale de Méditerranée nord occidentale et les taux associés estimés ont révélé l’empreinte de ce forçage majeur en fin d’été sur le zooplancton. Les changements les plus importants dans la communauté de zooplancton lors de PEACETIME étaient liés aux événements de poussière. À notre connaissance, PEACETIME est la première étude qui a permis d'observer in situ les réponses du mésozooplancton avant et peu après des dépôts naturels de poussières sahariennes. Le changement dans les diagrammes rang fréquence taxonomiques du zooplancton semble être un outil intéressant pour mettre en évidence les réponses à court terme du zooplancton aux événements de dépôts de poussière épisodiques. De toute évidence, la productivité pélagique stimulée par la poussière a un impact jusqu'au mésozooplancton en termes de changements rapide et marqués de assemblages de taxons et de structure trophique, avec des implications potentielles pour les systèmes oligotrophes tels que ceux au sud de la Méditerranée. Nos résultats mettent en évidence que la structure de la communauté du mésozooplancton est fortement réactive à diverses échelles de temps et d’espace aux forçages externes typiques de Méditerranée.

Thesis resume

Mesozooplankton (by definition multicellular, heterotrophic organisms with size ranging between 0.2–20 mm) represents a key compartment of the marine pelagic ecosystems playing a mediating role as consumer of the primary producers and microzooplankton, and as food source for fish and larger planktivores. In this thesis, we evaluate the most complete combination of mesh size nets and sample analysis techniques to deliver the best representation of its abundance, size structure and trophic and metabolic functions. We firstly focus on methodological aspects through a comparison of several mesh-size nets and imagery technics (FlowCAM and ZOOSCAN) from samples collected at two time-series stations JULIO and ANTARES in the North Western Mediterranean Sea. By this combination, we highlight the significant contribution of the lower size classes within the mesozooplankton, particularly important in the Mediterranean Sea and generally underestimated by the traditional use of 200µm mesh WP2 nets. Then, we applied the optimized methodology to study the responses of mesozooplankton community in two major areas of the Mediterranean sea: (1) the North Western Mediterranean Sea (studied during the MOOSE-GE September 2017 cruise), a region of which the spring and summer productivity is strongly dependent on the winter deep-water convection process, and (2) the Southern Mediterranean (Algerian, Tyrrhenian and Ionian sub-basins; PEACETIME oceanographic cruise May–June 2017) oligotrophic regions episodically fertilized by Saharan nutrient-rich dust deposition events. For both campaigns, we document the structural and functional patterns of the zooplankton component in relation to environmental variables. The taxonomic structure was dominated by copepods, mainly cyclopoid and calanoid copepods, and was completed by appendicularians, ostracods, and chaetognaths. The zooplankton taxa assemblages, analyzed using multivariate analysis and rank frequency diagrams, showed marked differences between the two surveys, but slightly differed between sub basins within each survey. In general, total mesozooplankton showed reduced variations in abundance and biomass values over the whole area, with a noticeable contribution from the small size fraction (<500 μm) both for abundance and to biomass, and consequently for the zooplankton fluxes (carbon demand, grazing pressure, respiration, and excretion). Despite the context of a medium strength of the deep winter convection process in 2017 and the late summer sampling during MOOSE-GE 2017 survey, the distribution pattern of zooplankton and the associated estimated rates in the central region revealed the long-term signature of this large forcing processes. The strongest changes in the zooplankton community during Peacetime were linked to the above-mentioned dust events. To our knowledge, PEACETIME is the first in situ study that has allowed for the observation of mesozooplankton responses before and soon after natural Saharan dust depositions. The change in the rank frequency diagrams of the zooplankton taxonomic structure appears to be an interesting tool to highlight short-term responses of zooplankton to episodic dust deposition events. Obviously, dust-stimulated pelagic productivity impacts up to mesozooplankton in terms of strong but short changes in taxa assemblages and trophic structure, with potential implications for oligotrophic systems such as the Mediterranean Sea. Our results highlight that the mesozooplankton community structure is strongly reactive to various time scale external forcings typical of the Mediterranean Sea.