La bioluminescence : un proxy d'activité biologique en milieu profond ? Etude au laboratoire et in situ de la bioluminescence en relation avec les variables environnementales

Bioluminescence : a proxy of biological activity in the deep sea? Study in the laboratory and in situ of bioluminescence linked to the environmental variables.

• Auteur / Autrice : Severine Martini
• Direction : Christian Tamburini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie
• Date : Soutenance le 06/12/2013
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Patricia Bonin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Steven Haddock
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Richard Lampitt, Francois g. Schmitt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactéries

Pression hydrostatique

Séries chronologiques

Bioluminescence

Mots clés libres

Bioluminescence

Milieu bathypélagique

Mer Méditerranée

Analyse de séries temporelles

Pression hydrostatique

Bactéries

Observatoire in situ

Bioluminescence

Bathypelagic environment

Mediterranean Sea

Time series analysis

Hydrostatic pressure

Bacteria

In situ observatories

Résumé

La bioluminescence est l’émission de lumière par des organismes vivants. En milieu bathypélagique, où l’absence de lumière est une caractéristique majeure, ce phénomène semble avoir un rôle écologique primordial dans les interactions biologiques ainsi que dans le cycle du carbone. Ce travail cherche à déterminer si la bioluminescence peut être définie comme un proxy de l’activité biologique en milieu profond. Cette étude multidisciplinaire développe à la fois une approche in situ et en laboratoire. Le télescope ANTARES, immergé en Méditerranée, à 2475 m de profondeur, a joué le rôle d’un observatoire océanographique enregistrant la bioluminescence ainsi que les variables environnementales à haute fréquence. L’analyse de ces séries temporelles, non-linéaires et non-stationnaires a permis de mettre en évidence deux périodes de forte activité de bioluminescence en 2009 et 2010. Ces évènements ont été expliqués par des phénomènes de convection dans le Golfe du Lion, impactant indirectement la bioluminescence enre- gistrée sur ANTARES. En laboratoire, la bioluminescence bactérienne a été décrite sur une souche modèle piezophile, isolée au cours d’un évènement de forte bioluminescence. La pression hydrostatique liée à la profondeur in situ (22 MPa) induit une plus forte bioluminescence qu’à pression atmosphérique (0.1 MPa). Enfin, le suivi des communautés procaryotiques profondes a été réalisé, sur le site ANTARES, au cours de l’année 2011. Ce suivi a montré la présence de 0.1 à 1% de bactéries bioluminescentes dans une période enregistrant une faible activité de bioluminescence. Ces cellules ont été définies comme majoritairement actives.

Bioluminescence is the emission of light by living organisms. In the bathypelagic waters, where darkness is one of the main characteristic, this phenomenon seems to play a major role for biological interactions and in the carbon cycle. This work aims to determine if bioluminescence can be considered as a proxy of biological activity in the deep sea. This multidisciplinary study develops both in situ and laboratory approaches. The ANTARES telescope immersed in the Mediterranean Sea at 2,475 m depth has been used as an oceanographic observatory recording bioluminescence as well as environmen- tal variables at high frequency. This time series analysis, defined as non linear and non stationary, highlighted two periods of high bioluminescence intensity in 2009 and 2010. These events have been explained by convection phenomena in the Gulf of Lion, indi- rectly impacting the bioluminescence sampled at this station. In the laboratory, bacterial bioluminescence has been described using a piezophilic bacterial model isolated during a high-bioluminescence-intensity event. Hydrostatic pressure linked to the in situ depth (22 MPa) induces a higher bioluminescence activity than under atmospheric pressure (0.1 MPa). Then, the survey of the deep prokaryotic communities has been done at the AN- TARES station, over the year 2011. This survey shows the presence of about 0.1 to 1% of bioluminescent bacteria even during a low-bioluminescence-activity period. These cells were mainly actives.