Régression des forêts marines : causes et effets dans le cadre de leur conservation et restauration

Marine forests loss : causes and effects in the framework of their conservation and restoration

• Auteur / Autrice : Margalida Monserrat Barcelo
• Direction : Luisa Passeron-Mangialajo, Steeve Comeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement
• Date : Soutenance le 31/01/2023
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ECOSEAS (Nice)
• Jury : Président / Présidente : Rodolphe Lemée
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luisa Passeron-Mangialajo, Steeve Comeau, Rodolphe Lemée, Elisa Berdalet Andrès, Christopher Cornwall, Cecilia Maria Totti, Marie-Yasmine Dechraoui-Bottein, Mariachiara Chiantore
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elisa Berdalet Andrès, Christopher Cornwall

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biodiversité -- Conservation des ressources

Restauration écologique

Acidification des océans

Changements climatiques

Écologie marine

Environnement

Algues marines

Mots clés libres

Forêts marines

Cystoseira compressa

Communautés de macroalgues

Ostreopsis

Efflorescences algales nuisibles

Dinoflagellés benthiques

Réchauffement des océans

Acidification des océans

Changement climatique

Changement de régimes

Marine forests

Cystoseira compressa

Macroalgae communities

Ostreopsis

Benthic dinoflagellates

HABs

Ocean warming

Ocean acidification

Climate change

Regime shifts

Résumé

Les grandes algues brunes sont des espèces clés dans les écosystèmes marins des latitudes tempérées où elles forment les forêts marines, parmi les écosystèmes les plus productifs et diversifiés au monde. En Méditerranée, elles sont représentées par les espèces du genre Cystoseira sensu lato, pour la plupart endémiques et caractérisées par leur longue durée de vie et faible dispersion. Cependant, les impacts anthropogéniques causent leur régression, entrainant des changements abruptes vers des communautés moins complexes (communautés gazonnantes et déserts marins), rendant l'écosystème potentiellement plus vulnérable aux phénomènes émergents, tels que les efflorescences de microalgues benthiques nuisibles. Les efflorescences de dinoflagellés benthiques du genre Ostreopsis, se développant sur les communautés macroalgales ont augmenté au cours des dernières décennies dans les régions tempérées, y compris la Méditerranée. Elles sont connues pour leurs effets néfastes sur la santé publique, les écosystèmes et l'économie qui en dépend.Les objectifs de cette thèse sont d'évaluer (i) les causes abiotiques (température et acidification) et biotiques (herbivorie, facilitation écologique) potentiellement à l'origine de la régression des forêts marines Méditerranéennes, et (ii) les éventuelles conséquences de cette régression dans la facilitation des efflorescences d'Ostreopsis spp. Les deux premiers chapitres de cette thèse sont focalisés sur les causes de la régression de Cystoseira s.l. Dans le Chapitre 1, les effets du changement climatique et de la facilitation écologique sur le recrutement de Cystoseira compressa ont été étudiées par des expériences en laboratoire. Un effet interactif du réchauffement et de l'acidification de l'océan, qui affecte négativement les recrues de C. compressa, a été observé, ainsi qu'un effet négatif de la présence d'algues corallines incrustantes. Dans le Chapitre 2, la pression herbivore de différents invertébrés sur les recrues de C. compressa a été étudiée par des expériences sur le terrain et en laboratoire. Les résultats montrent une forte pression herbivore de plusieurs espèces d'invertébrés (mollusques, décapodes et isopodes) sur les recrues de C. compressa, qui pourraient représenter une menace pour les populations à long terme et une cause d'insuccès des actions de restauration.Les chapitres 3 et 4 se focalisent sur le lien entre la perte de forêts marines et les efflorescences d'Ostreopsis spp. Dans le Chapitre 3, une revue bibliographique s'intéresse au rôle de l'habitat dans la facilitation/régulation des efflorescences. Malgré un évident manque d'informations à l'échelle globale sur les méso- et macro-habitat plus propices aux efflorescences, les connaissances actuelles démontrent que les substrats les plus échantillonnés pour étudier ces espèces sont des macroalgues formant des communautés peu complexes, suggérant que ces communautés hébergent les efflorescences les plus importantes. Dans le Chapitre 4, la relation entre les efflorescences d'Ostreopsis et les communautés macroalgales a été étudiée par des expériences sur le terrain en Italie et en France. Des différences significatives ont été observées sur un des deux sites d'étude tandis que dans le deuxième on estime que la forte variabilité puisse avoir caché les éventuelles préférences d'Ostreopsis spp. Mais, des études à plus grande échelle seraient nécessaires pour conforter ces résultats.Les résultats de cette thèse représentent d'importantes avancées sur les causes et les effets de la régression des forêts de Cystoseira s.l., confortant l'importance de leur conservation et (où nécessaire) restauration, en contribuant à la conception de stratégies de gestion, non seulement pour préserver un des écosystèmes les plus productifs en Méditerranée, mais aussi dans le but de limiter d'éventuelles conséquences inattendues, telles que les efflorescences d'Ostreopsis spp.

Large brown forest-forming macroalgae are dominant foundation species, ecosystem engineers of marine macroalgal forests. In the Mediterranean Sea, they are mainly represented by Cystoseira sensu lato spp. most of wich are endemic. They are also characterized for being long-lived species with short dispersal of the zygotes. Marine forests are one of the most productive and diverse ecosystems on earth. However, anthropogenic impacts are pushing them to the edge, causing regime shifts towards less complex communities such as shrubs, turfs, or even barren grounds. Marine forest loss affects the whole ecosystem, eventually making it more vulnerable to emergent phenomena such as benthic harmful algal blooms (BHAB). BHAB of the genus Ostreopsis spp. have been expanding in recent decades through temperate regions such as the Mediterranean Sea, where they have important public health, ecological and economic consequences. Major blooms are generally observed on macroalgal turfs and shrubs, suggesting that less structurally complex macroalgal communities could have an active role in promoting the proliferation of blooms.The main objectives of this thesis are (i) to assess some abiotic (climate change) and biotic (herbivory) causes of marine forests loss in the Mediterranean Sea and (ii) the potential consequences this loss can have in the context of BHABs proliferation. In the first two chapters, the causes of Cystoseira s.l. spp. loss were assessed. In Chapter 1, the effects of climate change and species facilitation on the recruitment of Cystoseira compressa were studied in controlled laboratory experiments. The major results from this chapter show that the interactive effects of ocean warming and acidification negatively affect C. compressa recruits, which are also negatively affected by the presence of crustose coralline algae. In Chapter 2 the grazing pressure and the effects of different invertebrates on recruits of C. compressa were assessed through field surveys and both field and laboratory-based experiments. The results obtained show a high grazing rate of several common invertebrate species (molluscs, decapods et isopods) on recruits of C. compressa, representing a threat to natural populations in the long term, but also affecting the success of restoration actions. In chapters 3 and 4 the consequences of forest loss and in particular, the facilitation of Ostreopsis spp. blooms was approached by a literature review and field experiments. The review, reported in Chapter 3, focussed on the role of habitat in the facilitation of Ostreopsis spp. blooms. Despite an evident lack of information at the global scale on the meso- and macro-habitat fostering Ostreopsis spp. blooms, the present knowledge suggests a relationship between the abundance of Ostreopsis spp. and the complexity of the macroalgal communities. In Chapter 4 Ostreopsis spp. blooms have been studied in relation to macroalgal communities in field experiments in Italy and in France. A high variability on Ostreopsis spp. abundances was observed in the different macroalgal species and communities sampled, in some cases likely hiding other potential patterns of Ostreopsis spp. preferences. Larger scale studies would be needed to confirm these results.These findings provide important insights into the causes and effects of Cystoseira s.l. spp. loss and are of major interest for the conservation of Mediterranean marine forests, contributing to the development of effective management measures. The results presented support the importance of marine forests restoration in the Mediterranean Sea, as recommended by the 2030 European Biodiversity Strategy, the United Nations Decade on Ecosystem Restoration and the 2030 Agenda for Sustainable Development objectives. Such restoration actions will not only increase the productivity and biodiversity of coastal ecosystems but could potentially mitigate the public health, ecological and economic consequences of Ostreopsis spp. blooms.