Caractérisation structurelle et fonctionnelle des communautés d'élasmobranches d'Atlantique Nord-Est dans le contexte du changement climatique

Structural and functional characterization of Northeast Atlantic elasmobranch communities in the context of climate change

• Auteur / Autrice : Noémie Coulon
• Direction : Éric Feunteun, Alexandre Carpentier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie marine
• Date : Soutenance le 29/11/2024
• Etablissement(s) : Paris, Muséum national d'histoire naturelle
• Ecole(s) doctorale(s) : DIVONA (DIVersités, Origines, NAtures - ED227 MNHN-SU) (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie des organismes et écosystèmes aquatiques (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabien Leprieur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Feunteun, Alexandre Carpentier, Clara Péron, Pascale Chabanet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Leprieur, Sandra Binning
• DOI : 10.70675/68691aa1z1110z48d4z92efzd105cd99382c

Mots clés

Mots clés contrôlés

Changement global de l'environnement

Élasmobranches

Mots clés libres

Écologie de la conservation

Changement climatique

Écologie fonctionnelle

Élasmobranches

Conservation biology

Global change

Functional ecology

Elasmobranch

Résumé

Les prises accessoires et la dégradation de l'habitat conduisent à l'extinction de près de la moitié des élasmobranches dans l'Atlantique Nord-Est. Parallèlement, la pression du changement global sur les organismes marins s'est intensifiée, entraînant des transformations écologiques irréversibles. Étonnamment, on pensait que les raies et les requins, ayant évolué à des périodes où le taux de CO2 atmosphérique était plus élevé, pourraient tolérer ces conditions futures. En conséquence, les effets potentiels de l'acidification et du réchauffement des océans ont été largement sous-estimés. Il était donc impératif de mener des recherches pour évaluer la vulnérabilité des élasmobranches face à ces nouvelles pressions. Dans un premier temps, j'ai quantifié l'impact des changements environnementaux observés entre 1997 et 2020 sur l'aire de distribution de neuf espèces et la structure fonctionnelle des communautés, en utilisant des données de campagnes scientifiques de chalutage de fond. Les résultats ont révélé des déplacements d'espèces vers des eaux plus profondes et des modifications de la structure trophique des communautés d'élasmobranches. Je me suis ensuite concentrée sur les effets de l'élévation de la température et de l'acidification sur les jeunes stades de la petite roussette (Scyliorhinus canicula), espèce modèle pour les élasmobranches ovipares. Cette étude expérimentale a évalué les réponses des embryons et des juvéniles à deux scénarios climatiques, avec ou sans mesures d'atténuation. Les températures et pH correspondaient aux projections pour 2100 selon les scénarios CMIP6 du GIEC : SSP2, « Middle of the Road », et SSP5, « Fossil-fueled Development » (+2 et +4 °C, ΔpH = -0,2 et -0,4). Les résultats ont été comparés à une condition témoin basée sur les données historiques de 1995 à 2014. Une mortalité élevée a été observée durant la période estivale, variant de 18 % dans les scénarios historiques et SSP2 à 89 % pour le traitement SSP5. L'impact dramatique de cette mortalité dans le scénario SSP5 pourrait fortement perturber la dynamique des populations. La troisième partie de ma thèse a donc consisté à prédire la taille et la structure des populations de S. canicula d'ici 2100, en utilisant une approche individu-centrée permettant de moduler les traits d'histoire de vie en fonction de la température. Les réponses de S. canicula ont été comparées à celles d'une espèce phylogénétiquement proche, la grande roussette (S. stellaris), qui présente une distribution spatiale et des traits d'histoire de vie différents. Nos résultats ont montré que même le réchauffement modéré du scénario SSP2 a eu des effets notables sur la maturation des individus des deux espèces. En revanche, le réchauffement plus intense du scénario SSP5 a provoqué des impacts négatifs marqués, particulièrement pour S. stellaris, dont les populations pourraient s'effondrer. Les modèles individu-centrés développés ont fourni un cadre solide pour traduire des données physiologiques limitées sur la croissance en dynamiques de population chez les requins ovipares. Toutefois, leur élaboration a mis en évidence des lacunes concernant l'impact de la température sur la fertilité des élasmobranches. J'ai donc approfondi cette question dans la dernière partie de la thèse, en examinant les effets de la température, de la gamétogenèse à la production d'œufs ou de nouveau-nés, à partir des articles scientifiques disponibles. Cette thèse a ainsi permis d'explorer l'impact du changement global tant sur les individus que sur la dynamique à long terme des populations et des communautés. Ces connaissances sont cruciales pour orienter les stratégies de conservation et de gestion des élasmobranches face aux changements environnementaux, nécessitant des décisions éclairées pour atténuer les impacts sur ces espèces vulnérables.

Bycatch and habitat degradation are leading to the extinction of nearly half of the elasmobranchs in the Northeast Atlantic. Meanwhile, the pressure of global change on marine organisms has intensified, causing irreversible ecological transformations. Surprisingly, it was thought that rays and sharks, which evolved during periods of higher atmospheric CO2 levels, could tolerate these future conditions. As a result, the potential effects of ocean acidification and warming have been largely underestimated. It is therefore imperative to conduct research to assess the vulnerability of elasmobranchs to these emerging pressures. Initially, I quantified the impact of environmental changes observed between 1997 and 2020 on the distribution range of nine species and the functional structure of communities, using data from scientific bottom trawl surveys. The results revealed species shifts to deeper waters and changes in the trophic structure of elasmobranch communities. Then, I focused on the effects of temperature increase and acidification on the early life stages of the small-spotted catshark (Scyliorhinus canicula), a model species for oviparous elasmobranchs. This experimental study assessed the responses of embryos and juveniles to two climatic scenarios, with or without mitigation measures. The temperatures and pH levels corresponded to the projections for 2100 according to the IPCC CMIP6 scenarios: SSP2, “Middle of the Road,” and SSP5, “Fossil-fueled Development” (+2 and +4 °C, ΔpH = -0.2 and -0.4). The results were compared to a control condition based on historical data from 1995 to 2014. High mortality rates were observed during the summer period, ranging from 18% in the historical and SSP2 scenarios to 89% for the SSP5 treatment. The dramatic impact of this mortality in the SSP5 scenario could severely disrupt population dynamics. Therefore, the third part of my PhD thesis aimed to predict the size and structure of S. canicula populations by 2100, using an individual-based approach that allows modulation of life history traits based on temperature. The responses of S. canicula were compared to those of a phylogenetically related species, the nursehound (S. stellaris), which has different spatial distribution and life history traits. Our results showed that even the moderate warming of the SSP2 scenario had notable effects on the maturation of individuals of both species. In contrast, the more intense warming of the SSP5 scenario caused significant negative impacts, particularly for S. stellaris, whose populations could collapse.The individual-based models developed provided a solid framework for translating limited physiological data on growth into population dynamics for oviparous sharks. However, their development highlighted gaps regarding the impact of temperature on elasmobranch fertility. Therefore, I delved deeper into this question in the final part of this PhD thesis, examining the effects of temperature from gametogenesis to the production of offspring, based on available scientific literature. Finally, this PhD thesis has explored the impact of global change on both individuals and the long-term dynamics of populations and communities. This knowledge is crucial for guiding conservation and management strategies for elasmobranchs in the face of environmental changes, necessitating informed decisions to mitigate impacts on these vulnerable species.