Déterminants parentaux et environnementaux des traits associés à la dispersion larvaire et de la physiologie post-installation

Parental and environmental determinants of larval dispersal-associated traits and post-settlement physiology

• Auteur / Autrice : Daphne Cortese
• Direction : Suzanne C. Mills
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biodiversité, génétique et évolution
• Date : Soutenance le 12/03/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• 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 : Jean Clobert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Suzanne C. Mills, David J. McKenzie, Delphine Legrand, Sinead English, Ricardo Beldade, Shaun Killen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David J. McKenzie, Peter Buston

Mots clés

Mots clés contrôlés

Poissons des récifs coralliens

Plasticité phénotypique

Biodiversité marine

Mots clés libres

Facteurs de stress environnementaux

Effets parentaux

Traits larvaires

Survie

Plasticité phénotypique

Poissons de récifs coralliens

Environmental stressors

Parental effects

Larval traits

Survival

Phenotypic plasticity

Coral reef fish

Résumé

Les changements environnementaux induits par les activités humaines impactent l'ensemble des écosystèmes marins et terrestres de la planète. Les espèces peuvent faire face à ces perturbations de différentes manières, par exemple en se déplaçant vers des habitats plus adaptés (migration et dispersion), en s'acclimatant (plasticité phénotypique) ou en s'adaptant (changements génétiques). Chez les organismes marins sédentaires comme les poissons des récifs coralliens, la principale opportunité de dispersion se situe lors de la phase larvaire, durant laquelle les larves se développent en milieu océanique avant de revenir s'installer dans les habitats récifaux. Cette dispersion larvaire dépend de facteurs physiques, tels que les courants océaniques, mais est également largement déterminée par les traits biologiques des larves, tels que leur physiologie, comportement et morphologie. Cependant, l'influence de l'environnement et des traits biologiques des parents sur ces traits larvaires associés à la dispersion reste moins bien étudiée. De plus, les jeunes poissons peuvent aussi être affectés par les stress environnementaux après s'être installés dans les récifs, soulignant l'importance de mieux comprendre leur capacité à s'acclimater à ces stress. Pour répondre à ces problématiques, ma thèse utilise le poisson clown à nageoires orange Amphiprion chrysopterus comme espèce modèle, et combine analyses in situ et en laboratoire. En collectant des œufs d'A. chrysopterus dans l'environnement puis en élevant les larves qui en découlent, j'ai d'abord étudié l'influence de la taille maternelle sur les traits larvaires associés à la dispersion (vitesse de nage et taille). J'ai pu observer que les mères les plus grandes produisent des larves qui nagent plus vite (Chapitre 2). J'ai ensuite examiné comment les conditions environnementales liées au milieu parental, telles que la taille des anémone (proxy de la qualité et de la dégradation l'habitat parental), affectent le phénotype des jeunes poissons. J'ai ainsi constaté que les parents vivant dans des habitats plus grands produisent des œufs plus grands (Chapitre 3). De plus, j'ai exploré les effets transgénérationnels et développementaux de la courantologie sur la morphologie, la physiologie et la survie des larves et des juvéniles, et observé qu'un fort courant autour des anémones influence négativement la survie des juvéniles. Ce résultat suggère notamment que l'investissement parental peut dépendre des conditions environnementales (Chapitre 4). Dans la dernière partie de ma thèse, je me suis intéressée aux effets d'expositions chroniques à deux stress environnementaux, le blanchissement des anémones (Chapitre 5) et la présence de lumière artificielle la nuit (ALAN, Chapitre 6), sur le phénotype et la survie des juvéniles d'A. chrysopterus en milieu naturel. J'ai démontré que le blanchissement des anémones affecte la physiologie et le comportement des poissons, et que les deux stress réduisent la croissance des poissons mais pas leur survie. Bien que des compromis entre croissance et survie peuvent se mettre en place, une réduction de croissance durant ces premières phases du cycle de vie pourrait avoir des effets à plus long terme sur leur fitness. Ma thèse permet donc de mieux comprendre comment et quels sont les facteurs et stress influençant le processus de dispersion et le phénotype post-installation chez un poisson emblématique des récifs coralliens. Ces connaissances aident à mieux prédire comment les populations de poissons réagissent aux changements climatiques. De telles prévisions sont essentielles aux stratégies de conservation, et permettent de cibler les zones marines et les phénotypes des poissons les plus importants à protéger.

Environmental changes induced by human activities impact marine and terrestrial ecosystems worldwide. While facing these perturbations, species may respond in a variety of ways, including migration to a more suitable habitat via dispersal, acclimation via phenotypic plasticity or adaptation via genetic changes. The main opportunity for dispersal in sedentary marine organisms such as coral reef fish is the pelagic larval phase, during which larvae journey in open water before settling onto a suitable habitat. Marine larval dispersal depends on physical factors, such as ocean currents, but is also largely determined by biological larval traits, such as physiology, behaviour and morphology. However, in which way offspring traits associated to dispersal are influenced by either their local environment or their parental legacy, remains less well studied. After larval settlement, phenotypes can still be affected by environmental stressors and thus it is vital to also understand their ability to acclimate to environmental stressors induced by human activities. To answer these questions, I used the orange fin anemonefish Amphiprion chrysopterus as a model species and combined in situ and laboratory analyses. First, by using laboratory reared larvae of wild spawned eggs I explored the influence of maternal size on dispersal-associated traits throughout ontogeny (swimming performance and body size) and demonstrated that larger mothers produce larvae that swim faster (Chapter 2). Then, I investigated how anemonefish parental environmental conditions, such as anemone habitat size (proxy of habitat quality and degradation) affect offspring phenotype (i.e. egg size, larval size and larval swimming performance) and found that parents living in larger habitats produce larger eggs (Chapter 3). In addition, I explored the transgenerational and developmental effects of water flow regimes on larval and juvenile morphology, physiology and survival. Results show that early life survival can be affected by the water flow regime that their parents live in, suggesting differential investment (Chapter 4). In the last part of the thesis I focused on the direct effects of chronic exposure to environmental stressors, such as anemone bleaching (Chapter 5) and artificial light at night (ALAN, Chapter 6) on juvenile A. chrysopterus phenotypes and survival in the wild. I demonstrated that anemone bleaching affects the physiology and behaviour of fish and that both bleaching and ALAN reduce fish growth but not survival, suggesting that wild fish may trade-off growth with survival, even though reduced growth at early stages may have life-long fitness effects. The results of this PhD provide a better understanding of the origin of the variability in the factors influencing the dispersal process as well as the post-settlement phenotype in an iconic coral reef fish. This knowledge may help to better predict how fish populations will respond to climate change. Such predictions are key to mitigating the impacts of climate change and improving the conservation strategies, for example by targeting the most important marine areas and fish phenotypes to protect.