Différentes perspectives sur le fonctionnement du zooplancton dans le sud de la mer du Nord et dans la Manche en relation avec les niveaux trophiques inférieurs et supérieurs

Different perspectives on zooplankton functioning in the Southern North Sea and the English Channel in relation to lower and higher trophic levels

• Auteur / Autrice : Carolin Neven
• Direction : Paul Marchal, Carolina Giraldo
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Mer - Biologie et écologie
• Date : Inscription en doctorat le 10/11/2021
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences, Technologie, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LRH - Laboratoire Ressources Halieutiques

Mots clés

Mots clés libres

Zooplancton

Distribution spatiale

Réseau trophique

Assemblages

Fonctionalités écosystèmiques

Zooplankton

Spatial distribution

Food web

Assemblages

Marine ecosystem functioning

Résumé

Le plancton joue un rôle central dans les écosystèmes marins (Richardson, 2008). En tant que producteur primaire autotrophe, le phytoplancton séquestre le carbone, est estimé qu'il produit 50 à 70 % (Behrenfeld et al., 2001 ; Walker, 1980) de l'oxygène atmosphérique et constitue la base énergétique et nutritionnelle des océans. En broutant le phytoplancton, le zooplancton régule les cycles biogéochimiques, la qualité de l'eau, la pompe biologique à carbone et finalement le climat, mais il transfère également de l'énergie et des nutriments, par exemple des protéines et des acides gras polyinsaturés à longue chaîne vers des niveaux trophiques supérieurs comme les petits poissons pélagiques (De Troch et al., 2012 ; Kainz et al., 2009 ; Richardson, 2008). Les petits poissons pélagiques comme le hareng ou la sardine représentent un niveau trophique intermédiaire entre la base planctonique du réseau trophique et les niveaux trophiques supérieurs comme les poissons piscivores, les mammifères marins et les oiseaux de mer (Beaugrand et al., 2014 ; Cury et al., 2000 ; Olin et coll., 2022 ; Richardson, 2008). Une compréhension des liens trophiques et de la dynamique entre le plancton et les petits poissons pélagiques est donc d'une importance cruciale pour la gestion des écosystèmes et le maintien des services écosystémiques marins comme la fourniture de nourriture et la régulation du climat (Cresson et al., 2020 ; Denis et al., 2018). ; Pitois et Fox, 2006 ; Woodward et al., 2010). Le potentiel trophique d'une région varie spatialement et temporellement et a une influence majeure sur la reproduction et le recrutement des poissons (Dauvin, 2012 ; Olin et al., 2022 ; Pitois et Fox, 2006 ; Van Ginderdeuren et al., 2014). Le potentiel trophique est défini par la quantité et la qualité des proies (Schoo et al., 2012). La proportion d'acides gras essentiels, par exemple, contribue largement à la qualité nutritionnelle des proies et dépend d'une combinaison de facteurs phylogénétiques et environnementaux (Persson et Vrede, 2006). Le sud de la mer du Nord et la Manche orientale (SNS-EEC) sont d'importantes zones d'alimentation, de frai et d'alevinage pour plusieurs espèces de poissons comme le hareng, le lançon et les gadidés (Denis et al., 2018 ; Munk et al., 2002 ; Olin et al., 2022). Ainsi, les connaissances sur la répartition spatiale du zooplancton sont importantes pour comprendre le développement des stocks de poissons, le fonctionnement des écosystèmes et pour fournir une base à la planification spatiale marine. La répartition spatiale mondiale des organismes planctoniques dans l'océan Atlantique et ses mers adjacentes a été récemment redéfinie (Beaugrand et al., 2019 ; Kléparski et al., 2021 ; Spalding et al., 2007). Le plan d'échantillonnage utilisé dans ces études ne couvre toutefois pas la Manche orientale, le détroit du Pas de Calais et la baie sud de la mer du Nord. D'autres études, bien que fournissant des informations précieuses, sont soit spatialement restreintes (Van Ginderdeuren et al., 2014), décrivant l'abondance du zooplancton taxon par taxon au lieu de travailler au niveau de l'assemblage (Fransz et al., 1991; Krause et al., 2003, 1995 ; Krause et Martens, 1990), ou en se concentrant sur les tendances temporelles et les espèces ou groupes taxonomiques distincts au lieu de définir et de décrire des communautés entières et leur répartition (Dudeck et al., 2021 ; Williams et al., 1993). De plus, les analyses combinées des communautés de mésozooplancton et d'ichtyoplancton sont rares (Dudeck et al., 2021), bien que d'importantes interactions entre ces groupes existent et que les deux servent de source de nourriture pour les niveaux trophiques supérieurs (Garrido et al., 2007). L'évaluation des communautés de zooplancton dans le SNS-EEC intégrant à la fois des taxons de mésozooplancton et d'ichtyoplancton sur deux années distinctes contribuera donc à une meilleure compréhension de la distribution spatiale et de la dynamique temporelle du potentiel trophique dans cette zone et de son influence sur les stocks de poissons. Il fournira en outre des informations sur les zones écologiquement importantes au regard des objectifs de conservation. Comme mentionné ci-dessus, la structure et l'abondance de la communauté zooplanctonique ne sont pas les seules à prendre en compte le potentiel nutritionnel d'une zone. Il est probable que tout changement dans la valeur nutritionnelle et la composition biochimique du zooplancton (par exemple, quantité et structure du contenu lipidique) affectera la dynamique des populations aux niveaux trophiques supérieurs ainsi que le fonctionnement global de l'écosystème. Cependant, il existe peu d'informations sur la composition nutritionnelle des assemblages de zooplancton, ou sur le transfert de leur potentiel nutritionnel vers des niveaux trophiques supérieurs, notamment dans la Manche. Ainsi, cette thèse vise à mieux comprendre la répartition spatiale du potentiel nutritionnel des petits poissons pélagiques au sein de la Manche, et d'améliorer encore les connaissances sur le lien trophique entre les différents compartiments de l'écosystème. Le fait que le réseau alimentaire planctonique soit plus complexe qu'une interaction producteur-consommateur à deux niveaux est cependant de plus en plus reconnu. Au lieu de deux, plusieurs niveaux trophiques existent avec une importance de l'omnivorie, du détritivore et de la boucle microbienne (Bode et al., 2004 ; Denis et al., 2018). Une meilleure compréhension des interactions trophiques au sein du réseau trophique planctonique aidera à comprendre la structure des communautés zooplanctoniques, à évaluer la vulnérabilité des communautés planctoniques aux changements des facteurs environnementaux et à définir des groupes fonctionnels planctoniques adéquats qui pourraient être incorporés dans des modèles et des études écosystémiques.

Understanding ecosystem functioning is important to predict, manage and protect the ecosystems in which we live and on which we depend. Intending to contribute to a better ecosystem understanding the present thesis focused on zooplankton that play a crucial role in the functioning of marine ecosystems with regard to biogeochemical cycles and trophic transfer. Despite their central role, zooplankton are to-date not adequately represented in ecosystem-models, potentially affecting ecosystem-management. The present thesis explores three different perspectives on zooplankton functioning namely taxonomical composition (chapter 1), size-structure (chapter 2) and biochemical composition (chapter 3) using an integrated approach that considers both lower and higher trophic levels within the context of Multitrophic Biodiversity Ecosystem Functioning. Chapter 1 revealed the existence of five zooplankton assemblages in the Southern North Sea and Eastern English Channel (EEC) during winter that varied with regard to productivity, taxa abundance and composition. Assemblage composition and distribution was driven by abiotic (e.g., dissolved nutrients, salinity, depth, temperature) and biotic variables (e.g., phyto- and microplankton composition), including water masses and fish spawning grounds. Chapter 2 revealed a weak size structuration of plankton between 20 and 500 µm regarding their isotopic signature indicating omnivory was the dominant feeding strategy of this plankton size class during winter. Herring (Clupea harengus) and plaice (Pleuronectes platessa) larvae displayed species-specific isotopic signatures and different prey size preferences. Additionally, spatial differences in prey size composition were observed among plaice larvae sampled at river influenced stations compared to those collected at stations in the center of the EEC. The fatty acid (FA) profile of zooplankton and sardine (Sardina pilchardus) differed between the western and the eastern side of the English Channel alongside with differences in the taxonomical composition of phytoplankton and zooplankton, indicating a bottom-up control of the trophic transfer of these essential nutrients. Independent of the perspective, all chapters revealed spatial patterns in ecosystem functioning, as spatial variability in zooplankton characteristics seemed to be related to both lower and higher trophic levels. The combined investigation of zooplankton taxonomy and traits (size and FA composition) in relation to lower and higher trophic levels revealed additional zooplankton characteristics related to trophic strategy, reproduction and survival further connecting zooplankton to ecosystem functioning. Thus, investigating zooplankton in a multitrophic context considering different aspects of their diversity contributed to a more mechanistic understanding of zooplankton as part of, and in relation to the ecosystem. It further facilitated the development of hypotheses to explain the observed patterns and relationships. Consequently, the approach used in the present study appears promising to acquire information needed to enhance the representation of zooplankton in ecosystem models and ecosystem-based management.