Écologie des écosystèmes coralliens mésophotiques à La Réunion : structure des communautés macro-benthiques, processus démographiques et connectivité des coraux, et implications pour la conservation

Ecology of mesophotic coral ecosystems in Reunion Island : structure of macro-benthic communities, demographic processes and connectivity of corals, and implication for conservation

• Auteur / Autrice : Ludovic Hoarau
• Direction : Mehdi Adjeroud, Lucie Penin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Marine
• Date : Soutenance le 04/10/2024
• Etablissement(s) : La Réunion
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion ; 2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Écologie marine tropicale des océans Pacifique et Indien (Saint Denis, La Réunion) - Ecologie Marine Tropicale dans les océans pacifique et indien
• Jury : Président / Présidente : Johann Henrich Bruggemann
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Johann Henrich Bruggemann, Maggy Nugues, Thierry Perez, Valériano Parravicini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maggy Nugues, Thierry Perez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Scléractiniaires

Animaux benthiques

Conservation

Plantes benthiques

La Réunion (France ; île)

Écologie des récifs coralliens

Mots clés libres

Récif Corallien Mésophotique

Communautés benthiques

Conservation

Scléractiniaires

Ecologie spatiale

Mesophotic coral reef

Benthic communities

Conservation

Scleractinia

Spatial ecology

Résumé

Les récifs coralliens sont les écosystèmes hébergeant la plus forte biodiversité de la planète et sont essentiels pour des millions de personnes à travers le monde. Cependant, sous l’action des effets du changement climatique et de diverses perturbations et stress d’origine anthropique, ces écosystèmes se dégradent inexorablement. Bien que peu étudiée, les écosystèmes coralliens mésophotiques (ECMs), qui s’étendent de 30 à 150 m de profondeur environ, présentent une distribution géographique étendue à travers le globe et sont d’une importance écologique cruciale pour le fonctionnement des écosystèmes coralliens. L’intérêt récent pour ces écosystèmes est notamment dû au potentiel refuge des ECMs qui pourraient constituer une source de propagules pour repeupler les récifs dégradés. Dans ce contexte, il apparait primordial de caractériser les ECMs encore inexplorés et d’évaluer leur rôle potentiel de refuges. Ce travail de thèse a donc examiné la variation des communautés macro-benthiques et notamment des coraux scléractiniaires sur un large gradient de profondeur (15–95 m) sur dix sites répartis sur quatre zones (i.e. le récif corallien, le plateau insulaire étendu, la zone portuaire et les coulées de lave volcanique) autour de La Réunion. Les résultats révèlent une forte hétérogénéité spatiale des communautés benthiques et coralliennes des ECMs, ainsi qu’une zonation verticale marquée sur les quatre zones de l’île. Une transition des communautés dépendantes de la lumière vers des organismes hétérotrophes se produit entre les zones peu profondes et mésophotiques supérieures (30–45 m), et un changement significatif se manifeste dans la zone mésophotique inférieure (60–75 m), constituant des habitats diversifiés et uniques. Le recrutement corallien, processus démographique essentiel pour le maintien des communautés coralliennes, a également été étudié. Les résultats montrent une diminution marquée du taux de recrutement dans les ECMs, avec une composition des recrues variable selon la profondeur. La zone supérieure des ECMs (45 m) constitue des refuges substantiels pour les coraux de la famille des Pocilloporidae qui dominent en zone peu profonde (15 m), tandis que la zone inférieure des ECMs (75 m) est importante pour d’autres familles de coraux. La connectivité génétique de deux espèces coralliennes a été évaluée à différentes profondeurs et sites. Les coraux Pocillopora verrucosa, généraliste de profondeur et dominant sur les sites peu profonds, et Pachyseris speciosa, plus inféodé aux ECMs avec des recouvrements parfois importants, présentent une faible différenciation génétique verticale et horizontale et par conséquent une connectivité substantielle à ces échelles. Les résultats suggèrent que les populations peu profondes de P. verrucosa et de P. speciosa pourraient bénéficier des larves des ECMs, confirmant leur rôle de refuge reproductif et le potentiel de recolonisation des récifs dégradés. Au port de La Réunion, des communautés macro-benthiques variées associées à une forte biodiversité ont été observées. Les suivis dans la zone mésophotique (45–95 m) mettent en lumière des communautés diversifiées de cnidaires à haute complexité structurelle formant spécifiquement des forêts animales marines et soulignant le potentiel refuge de ces zones pour des espèces menacées. Dans l’ensemble, cette thèse enrichit les connaissances sur les ECMs à La Réunion, démontre le potentiel de cette région pour développer les études sur ces écosystèmes, et constitue une base quantitative robuste pour des études futures. Ce travail de thèse montre également que les ECMs doivent être intégrés dans les plans de gestion et de conservation des écosystèmes coralliens et habitats non récifaux à l’échelle de l’île. Face à l’avenir incertain des récifs coralliens en raison du changement climatique et autres perturbations d’origine anthropique, les ECMs pourraient jouer un rôle écologique crucial dans la résilience de l’écosystème corallien.

Coral reefs are the ecosystems with the highest biodiversity on the planet and are crucial for millions of people worldwide. However, under the effects of climate change and various anthropogenic disturbances and stresses, these ecosystems are inexorably degrading. Although poorly studied, deep parts of coral reefs, specifically mesophotic coral ecosystems (MCEs; 30–150 m), have a widespread geographical distribution and play a crucial ecological role in the functioning and dynamics of coral reef ecosystems. Recent interest in these ecosystems is largely attributed to the potential of MCEs to serve as refuges that could provide propagules to repopulate degraded reefs. In this context, it is essential to characterize unexplored MCEs and assess their potential role as refuges for shallow-water habitats. This thesis examined the variation in macro-benthic communities, including scleractinian corals, across a broad depth gradient (15–95 m) at ten sites across four environmental zones around Reunion Island. The results reveal significant spatial heterogeneity in benthic and coral communities within MCEs in Reunion Island, as well as pronounced vertical zonation across the island's four zones (i.e. the coral reef, the extended insular shelf, the harbor zone, and volcanic lava flows). A transition from light-dependent communities to heterotrophic organisms occurs between shallow and upper mesophotic zones (30–45 m), with a significant community shift in the lower mesophotic zone (60–75 m), supporting diverse and unique MCEs. Coral recruitment, an essential demographic process for the maintenance of coral communities, was also studied. The results show a marked decrease in recruitment rates in MCEs, with varying recruit compositions by depth. The upper MCE zone (45 m) provides substantial refuges for Pocilloporidae corals, which dominate in shallow waters (15 m), while the lower MCE zone (75 m) is important for other coral families. Genetic connectivity of two broadcast spawner coral species with contrasting vertical distributions was assessed at different depths and sites. Pocillopora verrucosa, a depth-generalist dominant species at shallow sites, and Pachyseris speciosa, more associated with MCEs, sometimes forming significant cover in MCEs, both exhibit low vertical and horizontal genetic differentiation and consequently substantial connectivity at these scales. These findings suggest that shallow populations of P. verrucosa and P. speciosa could benefit from MCEs larvae, confirming their role as reproductive refuges and their potential for reef recolonization. In the port of Reunion Island, diverse macro-benthic communities with high biodiversity were observed despite the dominance of soft substrates. Surveys in the mesophotic zone (45–95 m) highlight diverse cnidarian communities with high structural complexity, specifically forming marine animal forests and underscoring the potential of these areas as ecological corridors and refuges for threatened species. Overall, this thesis enhances the knowledge of MCEs in Reunion Island, demonstrates the potential of the region for advancing studies on theses ecosystems, and provides a robust quantitative foundation for future research. This work also shows that should be integrated into management and conservation plans for coral reef and non-reef ecosystems at the island scale. Given the uncertain future of coral reefs due to climate change and other anthropogenic disturbances, MCEs could play a critical ecological role in the resilience of coral reef ecosystems.