Effets de la disponibilité en macro- et micro-nutriments sur la physiologie des coraux tropicaux

Effects of macro- and micro-nutrient availability on tropical coral physiology

• Auteur / Autrice : Alice Blanckaert
• Direction : Christine Ferrier-Pagès, Renaud Grover
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation, télédétection, observation et techniques spatiales pour l'océan, l'atmosphère et le climat
• Date : Soutenance le 16/01/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Scientifique de Monaco
• Jury : Président / Présidente : Rodolphe Lemée
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paola Furla, Laure Mousseau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Maren Ziegler, Tina Keller-Costa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résistance au stress

Stoechiométrie

Influence

Nutriments

Symbiose

Dinoflagellés

Physiologie

Coraux

Mots clés libres

Nutriment

Stœchiométrie

Symbiose

Azote

Phosphore

Métaux-traces

Nutrient

Stoichiometry

Symbiosis

Nitrogen

Phosphorus

Metals

Résumé

Les coraux tropicaux se sont adaptés à vivre dans des eaux pauvres en nutriments en établissant une relation symbiotique avec des dinoflagellés photosynthétiques (Symbiodiniaceae). En effet, les dinoflagellés utilisent les macronutriments (azote et phosphore inorganiques dissous, DIN et DIP) et métaux-traces de l’eau pour former des molécules organiques essentielles à la croissance du corail hôte. Cependant, pour une croissance et un fonctionnement optimal, l’association corail-dinoflagellé nécessite une qualité et des concentrations optimales de ces nutriments. Ce n’est pas le cas dans les récifs exposés à des perturbations anthropiques ou à des conditions environnementales particulières (upwellings par exemple). Dans ces récifs, où les concentrations en nutriments peuvent être particulièrement faibles ou élevées ou avec des rapports DIN:DIP déséquilibrés, il peut y avoir une rupture de la symbiose. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier les effets de la disponibilité des nutriments et des changements dans le rapports DIN:DIP de l’eau de mer sur la physiologie des coraux. Cette thèse fournit de nouvelles informations sur la réponse de différentes espèces de coraux à des rapports DIN:DIP équilibrés et déséquilibrés. Globalement, les coraux restent en bonne santé tant qu’ils sont exposés à un rapport DIN:DIP équilibré dans l'eau de mer, même à des concentrations élevées de DIN et de DIP. Cependant, les résultats montrent une réponse complexe des coraux à des rapports DIN :DIP déséquilibrés, en fonction des facteurs environnementaux et des espèces étudiées. En effet, les octocoralliaires et les coraux scléractiniaires réagissent différemment à un rapport DIN:DIP déséquilibré. Les octocoralliaires ont des taux d'absorption de DIN et de DIP très faibles qui sont insuffisants pour modifier leur composition tissulaire en C:N:P et altérer la physiologie du corail. En revanche, chez les coraux scléractiniaires, les taux élevés d'absorption de DIN et de DIP induisent rapidement un apport important de nutriments dans le tissu corallien. Lorsque l'apport d'azote n'est pas équilibré par un apport proportionnel de phosphore, des modifications de la composition élémentaire et de la stœchiométrie des tissus sont observées, ce qui entraîne une dégradation de la physiologie du corail. De plus, les résultats montrent que l'azote a un impact différent sur les coraux selon sa forme, ammonium ou nitrate. L'ammonium favorise l'absorption du phosphore via l'hydrolyse du phosphore organique dissous (DOP) par les phosphatases, alors que le contraire est observé pour le nitrate. Enfin, les résultats indiquent également que les coraux peuvent être limités en métaux-traces, notamment en fer, ce qui peut réduire leur résilience au stress thermique. Cette thèse fournit des informations essentielles pour une meilleure gestion des récifs à l'ère du changement climatique. Les résultats obtenus montrent qu'il est important de maintenir un rapport DIN:DIP équilibré dans l'eau de mer pour assurer la bonne santé des coraux et soulignent l'importance de la disponibilité de métaux notamment le fer pour la résistance et la résilience des coraux au stress thermique.

Tropical corals have adapted to life in nutrient-poor waters by establishing a symbiotic relationship with photosynthetic dinoflagellates (Symbiodiniaceae). Indeed, dinoflagellates use macronutrients (dissolved inorganic nitrogen and phosphorus, DIN and DIP) and trace metals from the seawater to form organic molecules essential for coral growth. However, for optimal growth and function, the coral-dinoflagellates association requires optimal quality and concentrations of these nutrients. This is not the case in reefs exposed to anthropogenic disturbances or specific environmental conditions (e.g. upwellings). In these reefs, particularly low or high nutrient concentrations or imbalanced DIN:DIP ratios may disrupt the symbiosis. The main objective of this thesis is to investigate the effects of nutrient availability and changes in seawater DIN:DIP ratios on coral physiology. In particular, this thesis provides new insights into the response of different coral species to balanced and imbalanced DIN:DIP ratios. Overall, corals remain healthy as long as they are exposed to a balanced DIN:DIP ratio in seawater, even at high DIN and DIP concentrations. In contrast, the results show a complex response to imbalanced DIN:DIP ratios that depends on environmental factors and coral species. Octocorals have very low uptake rates of DIN and DIP, which are not sufficient to alter their tissue composition and stoichiometry (C:N:P) and impair coral physiology. In contrast, in scleractinian corals, a high uptake rates of DIN and DIP rapidly induce a large supply of nutrients into the coral tissue. If nitrogen input is not balanced by a proportional input of phosphorus, changes in cellular elemental composition and stoichiometry are observed, leading to an impairment of coral physiology. In addition, nitrogen identity (ammonium or nitrate) impacts corals differently. Ammonium promotes phosphorus uptake via hydrolysis of dissolved organic phosphorus (DOP) by phosphatases, while the opposite is observed with nitrate. Finally, the results also suggest that corals may be limited in trace metals, particularly iron, which may reduce coral resilience to thermal stress. This thesis provides important information for better management of reefs in the era of climate change. The results show that maintaining a balanced DIN:DIP ratio in seawater is essential for coral health and highlight the importance of metal availability, particularly iron, for coral resistance and resilience to thermal stress.