Rôle des Rhizaria dans les cycles biogéochimiques de l’océan épi- et mésopélagique

Role of Rhizaria in biogeochemical Cycles in the epi- and mesopelagic ocean

• Auteur / Autrice : Manon Laget
• Direction : Urania Christaki, Tristan Biard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Mer - Biologie et écologie
• Date : Soutenance le 04/12/2023
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences (LOG) - Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (LOG) - UMR 8187
• Partenaire(s) de recherche : financeur : Agence nationale de la recherche (France ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Grégory Beaugrand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Urania Christaki, Tristan Biard, Lars Stemmann, Michael Stukel, Brivaëla Moriceau, Morten Iversen, Colleen Durkin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lars Stemmann, Michael Stukel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sédimentation (géologie)

Biomasse -- Composition chimique

Océanographie appliquée

Teneur en carbone

Mots clés libres

Rhizaria

Cycle du carbone

Cycle du silicium

Imagerie in situ

Biomasse

Vitesse de sédimentation

Rhizaria

Carbon cycle

Silicon cycle

In situ imaging

Biomass

Sinking speed

Résumé

Les océans épipélagique et mésopélagique jouent un rôle clé dans la production, le recyclage et le transfert de la matière organique et minérale vers l’océan profond. Les Rhizaria (comprenant les Radiolaria et les Phaeodaria) sont des protistes planctoniques qu’on retrouve dans ces couches de l’océan mondial. Ils peuvent être mixotrophes ou hétérotrophes, et certains d’entre eux forment des squelettes de silice. De plus, ces organismes peuvent agréger du matériel détritiques autour d’eux, formant ainsi des particules sédimentant rapidement. L’échantillonnage de ces organismes fragiles est difficile par le biais de méthodes traditionnelles comme les filets à plancton, mais les avancées en imagerie in situ ont amélioré les estimations de leur abondance et de leur rôle dans les flux élémentaires. Cependant, en raison du manque de mesures au niveau cellulaire, notre compréhension de leur biomasse mondiale en carbone et de leur rôle dans les processus biogéochimiques reste limitée. Pour combler ces lacunes, le contenu en carbone de divers taxons de Rhizaria a été mesuré, couvrant un large spectre de tailles, et une relation allométrique a été établie, révélant une densité de carbone globalement faible par rapport aux protistes plus petits. À l’aide de boosted regression trees et d’un ensemble de données global collecté à l’aide de l’Underwater Vision Profiler (UVP) 5, comprenant plus de 167 000 images de Rhizaria enregistrées dans le monde entier, la biomasse mondiale en carbone des Rhizaria >600 μm a été ré-estimée à 1,7 % de la biomasse totale du mésozooplancton dans les 500 premiers m de la colonne d’eau. Cette biomasse s’est révélée être dix fois plus élevée dans la zone mésopélagique que dans la zone épipélagique. Ensuite, il a été estimé que les Phaeodaria mésopélagiques, se nourrissant du flux de particules, peuvent intercepter de 3,8 à 9,2 % du flux de carbone particulaire exporté de la zone euphotique. Dans l’océan Austral, où leur abondance était précédemment considérée faible, ce taux d’interception est de 11,2-23,4 %. De plus, les taux de production de silice biogénique (bSi) des Phaeodaria ont été estimés, constituant la première quantification de la production de bSi dans la zone mésopélagique. En tant que seuls producteurs de bSi dans cette zone, ils jouent un rôle significatif dans son recyclage, co-dominant le cycle du silicium aux côtés des diatomées et des éponges. Enfin, une nouvelle méthodologie pour mesurer la vitesse de sédimentation des particules marines à l’aide de l’UVP6 monté sur un piège à sédiments a été introduite. Après la collecte d’environ 9 000 valeurs de vitesse de sédimentation dans l’Atlantique Nord, aucune relation forte n’a été trouvée entre les mesures morphologiques fournies par l’UVP6 et celles-ci. Au lieu de cela, il a été observé que les vitesses de sédimentation augmentent avec la profondeur et sont influencées par les conditions environnementales. Ces résultats mettent en évidence l’importance de prendre en compte la composition des communautés phytoplanctoniques et zooplanctoniques, pour estimer la vitesse et affiner les estimations de flux qui utilisent l’imagerie in situ.

The epipelagic and mesopelagic oceans play a key role in the production, recycling, and transfer of both organic and mineral matter to the deep ocean. Rhizaria (including Radiolaria and Phaeodaria) are planktonic protists thriving in these layers throughout the world ocean. They can display either mixotrophic or heterotrophic feeding behavior, and some of them form silica skeletons. Furthermore, these organisms can aggregate detrital material around them, forming fast-sinking particles. Sampling these fragile organisms is challenging, but advances in in situ imaging techniques have improved estimates of their abundance and roles in element fluxes. Still, due to a lack of measurements at the cellular level, our understanding of their global carbon biomass and their roles in biogeochemical processes remains limited. To fill this gap, the carbon content of diverse rhizarian taxa was measured, covering a broad size spectrum, and an allometric relationship was established, revealing an overall low carbon density compared to smaller protists. Using boosted regression trees and a global Underwater Vision Profiler (UVP) 5 dataset, including >167,000 rhizarian images recorded all over the world ocean, global carbon biomass of >600-μm Rhizaria was reestimated to be 1.7% of the total mesozooplankton biomass within the upper 500 m of the water column. This biomass was found to be 10-fold higher in the mesopelagic than in the epipelagic layer. Subsequently, mesopelagic flux-feeder Phaeodaria were estimated to intercept 3.8-9.2% of the gravitational POC flux exported out of the euphotic zone. In the Southern Ocean, where their abundance was previously shown to be low, this interception rate can reach as high as 11.2-23.4%. In addition, biogenic silica (bSi) production rates of Phaeodaria were estimated, being the first quantification of bSi production in the mesopelagic layer. As the sole bSi producers in this layer, they play a significant role in its recycling, co-dominating the silicon cycle along with diatoms and sponges. Lastly, a new methodology to measure the sinking speed of marine particles using the UVP6 mounted on a sediment trap was introduced. After collecting approx. 9,000 measurements of particle sinking speeds in the North Atlantic, no strong relationships were found between morphological measurements provided by the UVP6 and sinking speeds. Instead, it was observed that sinking speeds increased with depth and were influenced by environmental conditions. These results highlight the importance of considering community composition, including both phytoplankton and zooplankton, for speed estimation and to refine flux estimates using in situ imaging.