Impact des changements globaux sur le développement et la survie des larves de hareng de l’Atlantique (Clupea harengus) : une approche multi-stress

Impact of global change on the development and survival of Atlantic herring (Clupea harengus) : a multi-stressors approach

• Auteur / Autrice : Léa Joly
• Direction : Paul Marchal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'environnement, des organismes, des populations, écologie
• Date : Soutenance le 12/04/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ressources Halieutiques (Boulogne-sur-Mer, Pas-de-Calais)
• Jury : Président / Présidente : Christel Lefrançois
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carolina Giraldo, Cédric Meunier, Dorothée Vincent, José Zambonino Infante, Christophe Loots
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Le Pape, Enric Gisbert Casas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conservation des ressources halieutiques

Recrutement (biologie)

Acides gras

Protéines de choc thermique

Histologie

Acidification des océans

Réchauffement de la Terre

Changements climatiques -- Adaptation

Effets du climat

Nutrition

Développement

Larves

Hareng

Mots clés libres

Ichtyoplancton

Herring

Larvae

Development

Nutrition

Climate Effect

Résumé

Les rapides modifications environnementales constituent une menace pour les organismes côtiers. Les poissons, en particulier, ont évolué physiologiquement pour vivre dans une gamme spécifique de variations environnementales, et la survie en dehors y est compromise. La recherche sur la façon dont la physiologie et l'écologie des poissons réagiront face aux perturbations environnementales est donc essentielle. La phase larvaire est une période de forte mortalité qui est en partie à l’origine des fluctuations naturelles des populations de poissons. Cette variabilité est le résultat de processus trophodynamiques et physiques complexes qui pourraient être perturbés par le changement global. Comprendre comment les changements climatiques affecteront les premiers stades de vie est donc une première étape cruciale pour anticiper le devenir des stocks de poissons commerciaux. Alors que le changement global englobe les modifications de plusieurs paramètres abiotiques, les études expérimentales se sont principalement concentrées sur l'effet de facteurs de stress uniques. Il est donc nécessaire d'étudier l'effet combiné des changements de plusieurs facteurs environnementaux sur les larves et de placer ces études dans un cadre trophique. L'objectif de cette thèse était d'évaluer le potentiel des larves de hareng (Clupea harengus) à faire face à des conditions environnementales changeantes. Cependant certaines connaissances sur le développement du hareng étaient encore limitées. J'ai donc étudié et caractérisé le développement du système digestif à l’aide de mesures histologiques et enzymatiques. Les transitions entre le stade pré-flexion et flexion et la fin du stade post-flexion ont été identifiées comme des périodes énergétiquement éprouvantes. Elles sont donc critiques, et les larves pourraient être dramatiquement affectées par des conditions environnementales sous-optimales. Puis, j'ai étudié l'effet du réchauffement, de l'acidification et de changements dans la qualité alimentaire sur les larves. Elles ont été élevées dans différents scénarios et le potentiel de survie des larves a été évalué en utilisant plusieurs mesures à différents niveaux d'organisation biologique pour identifier la présence de potentiels mécanismes compensatoires. Plus précisément, j'ai étudié la croissance et le développement tout au long du stade larvaire, ainsi que les différences physiologiques au stade de la flexion. J'ai complété ce travail en me concentrant sur les larves les plus âgées, et j'ai comparé leur état histologique et lipidique, l'intégrité de leurs organes et leur composition biochimique. Le taux de croissance est resté constant dans tous les scénarios, mais le taux de développement (transition vers le stade larvaire suivant) a été accéléré sous une température élevée et une acidification. Il en résulte des individus plus petits pour un même stade de développement, à la fin de la période larvaire, dans les conditions environnementales futures. La majorité des mesures physiologiques ont été peu affectées par le réchauffement, l'acidification et la qualité de la nourriture, révélant un fort potentiel d'acclimatation chez les larves de hareng. Néanmoins, les analyses montrent que le réchauffement et l'acidification constituent un environnement stressant pour les individus, puisqu'au niveau moléculaire, une stimulation importante des gènes impliqués dans la production de Heat Shock Protein a été mesurée. Au niveau biochimique, les profils d'acides gras révèlent également une réponse anti-inflammatoire potentielle. Cela signifie que les larves sont capables de faire face aux modifications environnementales, mais non sans coûts énergétiques. Comme la disponibilité et la dépense énergétique sont beaucoup plus complexes dans l'environnement naturel et que des périodes critiques ont été identifiées, le taux de survie des larves pourrait être affecté négativement, compromettant le recrutement et la durabilité du stock de hareng.

Rapid environmental changes pose a serious threat to coastal organisms. Fish, in particular, have evolved physiologically to live within a specific range of environmental variation, and existence outside of that range can be stressful or fatal. Thus, there is a great need for research on how fish physiology and ecology will react to environmental perturbations. Mortality during the early fish life stages is a major cause of the natural variations in the size and recruitment strength of marine fish populations. Such variability is the result of complex trophodynamic and physical processes that could be affected by global change. Understanding how climate changes will affect fish early life stages is thus a first and crucial step for predicting the fate of commercial fish stocks. While global change encompasses changes in several abiotic parameters, experimental studies of fish larvae have mostly focused on the effect of single stressors, usually temperature. There is therefore a need to investigate the combined effect of changes in multiple environmental factors on fish early life stages and to place these studies within a trophic framework. The objective of this thesis was to assess the potential of herring (Clupea harengus) larvae to cope with changing environmental conditions. However, to address this object, detailed information on herring larval development are necessary, but still limited. To tackle this knowledge, I studied and characterized the development of herring’s digestive system using histological and enzymatic measurements. The transition between the pre-flexion and flexion stage and the end of the post-flexion stage were identified as energetically demanding periods. Based on these results, I hypothesised that these periods are critical, and that herring larvae could be dramatically affected by sub-optimal environmental conditions. Subsequently, I investigated the potential effect of warming, acidification, and changes in food quality, on herring larvae. Herring larvae were reared under different scenarios and the survival potential of the larvae was assessed using several measures at different levels of biological organisation to identify the presence of potential compensatory mechanisms. More specifically, I investigated growth and development along the larval stage, as well as physiological differences at the flexion stage. I complemented this work by focusing on the oldest larvae, and compared their histological and lipid condition, their organ’s integrity and biochemical composition. At the whole organism level, the growth rate remained constant at all scenarios, but the development rate (transition to the next larval stage) was accelerated under elevated temperature and acidification. This resulted in smaller individuals for the same developmental stage, at the end of the larval period, under future environmental conditions (global change treatment). The majority of physiological measures were little affected by warming, acidification, and food quality, revealing a strong acclimation potential in herring larvae. Nevertheless, the analyses show that warming and acidification constitute a stressful environment for the individuals, since at the molecular level an important stimulation of genes involved in Heat Shock Protein production was measured. At the biochemical level, the fatty acid profiles also reveal a potential anti-inflammatory response. This means that the larvae are able to face environmental modifications, but not without energetic costs. As energy availability and expenditure are much more complex in the natural environment and critical periods have been identified, the survival rate of the larvae could be negatively impacted, compromising the recruitment and sustainability of herring stock.