Soutenance de thèse de MICHAEL ADEBAYO

La taille d'un organisme est un trait fonctionnel qui évolue avec des paramètres écologiques tels que le taux de croissance, la concurrence et la reproduction, et influence son taux métabolique, sa capacité à coexister avec d'autres organismes et sa réponse aux changements environnementaux. Chez les foraminifères planctoniques (PF), protistes marins unicellulaires calcifiants, la taille évolue potentiellement directement avec l'abondance (hypothèse de taille optimale ; OSH) ainsi qu'avec des variables environnementales telles que la température de surface de la mer (SST) et les concentrations de nutriments. Bien que la taille des PF est sugerée d’etre principalement déterminée par la SST à l'échelle globale, à l'échelle régionale des processus locaux pourraient etre plus importants. En paléocéanographie, de nouvelles méthodes d’imagerie à haut débit permettent l'application à grande échelle de la taille des PF en tant que paléo-proxy. Les principaux objectifs de notre étude, focalisé sur l’Océan Indien tropical (TIO), sont (i) d'étudier la validité de OSH dans les assemblages modernes ; (ii) d’étudier les contrôles environnementaux de la variation de la taille des PF depuis le Pliocène, et (iii) d’explorer les potentiels de paléoréconstruction de la taille des PF. La développement de MiSo (Microfossil Sorter, une machine automatisée qui analyse ~8000 particules/jour) offre désormais la possibilité d'atteindre ces objectifs et d'explorer les autres applications des fragments et tests entiers de PF en paléocéanographie. Ce travail montre par l'évaluation de la relation entre les variations de taille des espèces de PF modernes, leurs abondances relatives et les paramètres environnementaux modernes que, l'OSH n'est valable que chez les PF lorsque les conditions optimales sont déduites à partir des principaux paramètres influençant la distribution de taille de chaque espèce, plutôt que de leurs abondances relatives. Au niveau de l’espèce, la concentration en ions carbonate, la température et la salinité sont les principaux facteurs de contrôle de la variation de taille des PF, tandis qu'au niveau de l'assemblage, la variation de taille est déterminée par la concentration en ions carbonate et la température. Deuxièmement, la variation de la taille de l'assemblage des PF du TIO suggèrent une modulation des paramètres de contrôle au cours du Pléistocène, avec une influence plus marquée de la température et productivité au dernier maximum glaciaire et Holocène, de la stratification et de la dissolution des carbonates au Pléistocène, et enfin de la disponibilité en lumière au Pliocène. Troisièmement, en focalisant sur des périodes interglaciaires (et glaciaires) clés au cours des ~3,2 derniers millions d'années (Pliocène supérieur à l'Holocène), un nouvel enregistrement de SST basé sur la fonction de transfert utilisant la taille de l'assemblage de PF révèle que le TIO était de 2,5 °C à 3 °C plus froide au LGM qu’à l’Holocène. Il montre en outre des SST chaudes toujours supérieures à 28 °C pendant le Pliocène (3.15–2.75 Ma) et suggère que la différence de température pendant l'avant-dernière terminaison (MIS 6–5) était plus élevée dans les régions d'upwelling par rapport aux autres régions. Enfin, sur la base du rapport entre la variance de la taille des fragments et celle de la taille des PF entiers, un nouvel indice de préservation (FVIndex) a été développé pour évaluer les schémas de dissolution dans le TIO. Le FVIndex montre que des facteurs tels que la saisonnalité de la température, les gradients de température latitudinaux et verticaux et la dilution (par des matériaux terrigènes et biogéniques) déterminent probablement la richesse ou la diversité des espèces dans le TIO et non la dissolution. Les résultats de cette thèse démontrent le rôle important des systèmes automatisés dans la production de grands jeux de données robustes sur les PF et montrent que la taille des PF peut fournir des estimations fiables des SST passées.

The size of an organism is a functional trait that scales with ecological parameters such as population growth rate, competition, and reproduction, and influences its metabolic rate, its ability to coexist with other organisms, and its response to changes in ambient conditions. In planktonic foraminifera, abundant calcifying unicellular marine protists, size has been reported to scale directly with abundance (Optimum Size-Hypothesis; OSH) as well as with environmental variables such as sea surface temperature (SST) and nutrient concentrations. Although planktonic foraminiferal size has been reported to be driven by SST on a global scale, it has not yet been explored whether this influence is significant on a regional scale and overrides that of important local processes. Further, in paleoceanography, the paucity of high-throughput methods has, until recently, limited the wide-scale application of planktonic foraminifera size as a paleo-proxy, despite their potential to reflect environmental variations. The main goals of this study, focused on the tropical Indian ocean (TIO), are therefore to investigate (i) the validity of the OSH in modern planktonic foraminifera assemblages, (ii) the environmental drivers of planktonic foraminiferal size variation since the late Pliocene (~3.2 million years ago, Ma), and (iii) the potential of planktonic foraminifera size for paleo-reconstructions. The development of MiSo (Microfossil Sorter, an automated machine that routinely analyzes ~8000 particles/day) now offers the opportunity to fulfill these objectives and explore other applications of planktonic foraminifera fragments and whole tests in paleoceanography. This work demonstrates, through the evaluation of the relationship between size variations of modern planktonic foraminifera species, their relative abundances, and modern environmental parameters, that the OSH is only valid in planktonic foraminifera when optimal conditions are inferred from the key parameters influencing each species’ size distribution, rather than their relative abundances as previously suggested. At the species level, carbonate ion concentration, temperature, and salinity are the main controlling factors of planktonic foraminifera size variation, while at the assemblage level, size variation is determined by carbonate ion concentration and temperature. Secondly, results reveal consistent temperature control on size variation in TIO planktonic foraminifera assemblages since the Pliocene, although local factors such as productivity and carbonate dissolution tend to override the regional temperature influence in some sites during the Holocene and Pleistocene respectively. Thirdly, with a focus on key interglacial (and glacial) periods since ~3.2 million years (Late Pliocene to Holocene), for the first time, a new SST record based on transfer function using planktonic foraminifera assemblage size reveals that the tropical Indian Ocean was 2.5°C to 3°C cooler during the Last Glacial Maximum than present. It further shows warm SSTs consistently >28°C during the Pliocene (3.15–2.75 Ma) and suggests that the temperature difference during the penultimate glacial–interglacial transition (MIS 6-5) was higher in upwelling regions relative to non-upwelling regions. Lastly, based on the ratio between the variance of fragment size and that of whole planktonic foraminifera size, a new preservation index called the FVIndex was developed to assess dissolution patterns in the TIO. The FVIndex show that factors such as seasonality of temperature, latitudinal and vertical temperature gradients, and dilution (by terrigenous and other biogenic materials) likely drive species richness or diversity patterns in the TIO and not dissolution. The results of this thesis demonstrate the important role of automated systems in producing large, robust, planktonic foraminifera datasets and show the potential of planktonic foraminifera size in providing reliable estimates of past SST.