La reproduction sexuée et asexuée des coraux face aux changements environnementaux : Implications pour la conservation et la restauration des récifs coralliens

Sexual and asexual coral reproduction facing environmental changes : Implications for conservation and restoration of coral reefs

• Auteur / Autrice : Antoine Puisay
• Direction : Serge Planes, Laetitia Hédouin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Connaissance et gestion des milieux coralliens littoraux et océaniques
• Date : Soutenance le 23/07/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'École pratique des hautes études (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École pratique des hautes études (Paris ; 1868-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherches insulaires et observatoire de l’environnement (Moorea, Polynésie française ; Perpignan)
• Jury : Président / Présidente : Christelle Hély-Alleaume
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Serge Planes, Laetitia Hédouin, Christelle Hély-Alleaume, Paola Furla, Cécile Fauvelot, Jérémie Vidal-Dupiol
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Paola Furla, Cécile Fauvelot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Récifs coralliens

Mots clés libres

Coraux

Reproduction sexuée

Reproduction asexuée

Conservation

Restauration

Corals

Sexual reproduction

Asexual reproduction

Conservation

Restauration

Résumé

Le changement climatique et l’augmentation des températures globales perturbent l’abondance et la distribution de milliers d’organismes, aquatiques et terrestres, et certains écosystèmes sont particulièrement sensibles à ces changements environnementaux. L’augmentation de température est la principale menace au maintien des populations de coraux, véritables ingénieurs écologiques de ces écosystèmes. Bien que la recherche sur les récifs coralliens se soit d’abord attachée à l’étude des coraux adultes, de nombreuses informations manquent sur la reproduction sexuée et asexuée, et leur rôle dans la conservation et restauration récifale. Le premier axe de ma thèse s’est donc construit sur la réponse des jeunes stades de vie à l’augmentation de température, pour d’abord évaluer les modifications de leur performance et ensuite évaluer dans quelles mesures les jeunes stades seraient capables de s’acclimater à des conditions de températures plus élevées. Au travers de différentes expérimentations en laboratoire sur le genre Acropora, j’ai ainsi mis en évidence 1) une résistance thermique importante (+2-3°C au-dessus des températures ambiantes) des gamètes face à l’augmentation de température, 2) une résistance thermique différente entre spermatozoïdes et ovocytes: ovocytes < spermatozoïdes, 3) et la mise en évidence du rôle majeur de l’environnement dans lequel se rencontre les gamètes une fois libérés, sur la qualité et la quantité de la fécondation. Enfin, j’ai identifié les conditions optimales thermiques de pré-exposition des gamètes pour maximiser leur succès de fécondation. Bien qu’un intérêt croissant soit porté sur la reproduction sexuée ces dernières années, l’utilisation de la reproduction asexuée demeure la méthode la plus utilisée pour restaurer les récifs coralliens, plus connue sous le nom de bouturage. Ainsi le second axe de ma thèse a cherché à mettre en évidence la plasticité phénotypique des coraux en cultivant des boutures provenant de 3 espèces dans 3 environnements différents et en analysant leur taux de croissance, leur état de santé et leur survie. Cet axe a pu montrer qu’il existait des différences à plusieurs échelles, entre espèces, mais aussi au sein d’une même espèce. Mes travaux montrent qu’une sélection des individus basée sur l’étude de la plasticité phénotypique de certains traits d’histoires de vie comme la croissance ou l’état de santé dans des environnements variables permettrait d’améliorer l’efficacité de la restauration récifale. Ainsi le choix des individus au sein d’une même espèce afin de réaliser du bouturage (reproduction asexuée) et le conditionnement de la phase de vie gamètes (reproduction sexuée) peut permettre d’augmenter l’efficacité des méthodes de restaurations tout en nous donnant des informations nouvelles sur la biologie et la physiologie des coraux scléractiniaires face aux changements environnementaux.

Climate change and increasing temperature impact abundance and distribution of thousands of organisms, aquatic and terrestrial, and some ecosystems are particularly sensitive to these global changes. Increasing temperature is the principal threat for coral populations, which are ecological engineers of coral reef ecosystems. While research on coral reefs has first sought to study adult corals, data are still lacking on early life stages of corals. As sexual and asexual reproduction may play a key role in the conservation and restoration of coral reefs, my doctoral research aims to better understand changes on sexual and asexual reproduction in the face of rising temperature. The first axis of my Ph. D. was built on the response of early life stages to increasing temperature, in order to assess whether pre-exposure of early life may improve their ulterior performance. Among the different experiments performed on the genus Acropora, I highlighted 1) a high thermal tolerance (+2-3°C above ambient temperature) of gametes, 2) a higher sensibility of oocytes than sperm to rising temperature exposure, and 3) the pivotal role of gamete thermal history on fertilization output. Finally, I identified optimal pre-exposure conditions in order to maximize fertilization success. While an increasing interest in sexual reproduction was observed these last years, asexual reproduction and fragmentation still remain the main tool to restore damaged reefs. Thus, in the second axis of my doctoral project, I investigated the phenotypic plasticity of corals by growing 3 different species of corals across 3 different environments. Their growth rates, health status and survival probability were determined. Results from this axis showed that differences were observed at the interspecific and intraspecific levels. This work revealed that a selection based on phenotypic plasticity among different life-traits (growth rates and health status) and different environments should allow to increase coral reef restoration strategies. Hence the selection of individuals (asexual reproduction) in a species based on coral common garden experiment allow to identify individuals of interest to use as restoration biological materials. Additionally, thermal pre-conditioning of early life stages (sexual reproduction) is another way to increase efficiency of restoration measures in the face of rising temperature. My doctoral research provided new information regarding physiological and biological processes of scleractinian corals facing environmental changes and proposed new solutions for restorations based on sexual and/or asexual reproduction.