Influence des communautés microbiennes sédimentaires sur la répartition faunistique dans les sites hydrothermaux et les zones d'émissions de fluides froids du bassin de Guaymas

par Perrine Cruaud

Thèse de doctorat en Ecologie microbienne

Sous la direction de Marie-Anne Cambon-Bonavita et de Anne Godfroy.


  • Résumé

    Au niveau des fonds océaniques, souvent considérés comme des déserts aux conditions de vie extrêmes, des oasis luxuriants de vie existent pourtant. Les sources hydrothermales et les suintements froids, principalement localisés au niveau des dorsales océaniques et des marges continentales, vont permettre le développement de communautés microbiennes et animales très particulières. Le Bassin de Guaymas, situé dans le Golfe de Californie (Mexique) présente la particularité de regrouper à la fois une zone de sources hydrothermales et une zone de suintements froids, situées à une soixantaine de kilomètres l’une de l’autre, et toutes deux recouvertes par une épaisse couche sédimentaire. Ces deux zones sont également colonisées par des étendues de bivalves, des buissons de vers tubicoles ainsi que de tapis microbiens blancs ou colorés comparables. Afin de mieux comprendre le fonctionnement global de ces deux types d’écosystèmes et notamment le rôle structurant des communautés microbiennes sédimentaires sur la répartition des différents assemblages de surface, les travaux entrepris dans cette thèse se proposaient d’étudier les communautés microbiennes sédimentaires associés à la zone de suintements froids (Marge de Sonora) et la zone de sources hydrothermales (Southern Trough) du Bassin de Guaymas. Pour cela, la diversité des communautés microbiennes (Bacteria et Archaea) de différents habitats caractérisés par une faune et des profils géochimiques particuliers, a été étudiée grâce à l’utilisation d’une technique de séquençage haut-débit, le pyroséquençage par la technique du 454, combinée à d’autres techniques comme le FISH ou la PCR quantitative. Cette étude a permis de déterminer que la structure et la diversité des communautés microbiennes dans ces sédiments étaient très spécifiques de ces environnements. Par ailleurs, les colonisateurs présents en surface des sédiments reflétaient des profils géochimiques et des communautés microbiennes très différentes au sein des sédiments. Dans les sédiments colonisés par les tapis microbiens, riches en méthane, les communautés microbiennes dominantes (ANME, Deltaproteobacteria…) utiliseraient notamment les émissions de méthane des couches sédimentaires profondes et produiraient d'importantes concentrations de sulfures, nécessaires à l’installation des communautés microbiennes thiotrophes de surface formant les tapis. Ces fortes concentrations en sulfure excluraient en revanche les communautés animales de ce périmètre. A contrario, dans les sédiments présentant de faibles concentrations en méthane et en sulfure, permettant l'installation d’assemblages faunistiques variés, les communautés microbiennes méthanotrophes anaérobies et productrices de sulfure étaient minoritaires. L'activité et le métabolisme de ces colonisateurs de surface pourraient par ailleurs permettre le développement des lignées microbiennes détectées dans ces habitats (MBG-D, Chloroflexi…). L'analyse des larges jeux de données obtenus au cours de cette étude nous a donc permis de mettre en évidence un système dynamique complexe fonctionnant en équilibre entre les communautés microbiennes sédimentaires, les organismes colonisant la surface du sédiment et la composition géochimique des eaux interstitielles.

  • Titre traduit

    Influence of sedimentary microbial communities on the faunistic distribution in hydrothermal sites and the cold seeps emission zones of the Guaymas Basin


  • Résumé

    Whereas the deep-sea environment is often considered to be a desert, hydrothermal vents andcold seeps provide “oases” of biological activity on the ocean floor. Vent and seep ecosystems support complex food webs based on microbial chemoautotrophic primary production. These hydrothermal vent and cold seeps ecosystems both release hydrocarbon- and sulfide-rich fluids,fueling various surface assemblages such as mat-forming giant bacteria or symbiont-bearinginvertebrates (e.g. bivalves, tubeworms). In the Guaymas Basin, the nearby presence at a few tens of kilometers of cold seeps and hydrothermal vents coupled with comparable sedimentary settings and depths offer a unique opportunity to assess and compare the microbial community composition of these ecosystems. Tobetter understand their overall functioning, we studied sedimentary microbial communities associated with cold seep and hydrothermal vent areas in the Guaymas Basin. The diversity of microbial communities inhabiting sediments was studied using high throughput sequencing (454pyrosequencing), combined with complementary approaches, such as FISH and quantitative PCR. This study reveals that sediments found in the Guaymas Basin were colonized by microbial communities typically found in these types of ecosystems. Our results revealed a high similarity between microbial communities composition associated with the cold seep and hydrothermal vent areas as a probable consequence of the sedimentary context. Nonetheless, thermophilic and hyperthermophilic lineages (e.g.: Thermodesulfobacteria, Desulfurococcales, etc) were exclusively identified in hydrothermally influenced sediments highlighting the strong influence of temperature gradients and other hydrothermally-related factors on microbial community composition. Furthermore, sediments populated by different surface assemblages show distinct porewater geochemistry features and are associated with distinct microbial communities. Indeed, in the sediments underlying microbial mats characterized by high methane porewater concentrations,microbial communities were dominated by anaerobic methane oxidizers (ANME), known to produce sulfide which provides high fluxes of sulfide to the seafloor. In contrast, sediment associated microbial communities underlying faunal assemblages were characterized by a lower biomass and lower methane porewater concentrations in sediments, limiting porewater sulfide concentrations. Without elevated and toxic sulfide concentrations, faunal assemblages can colonize the surface. Together, geochemical and microbial surveys indicate that porewater methane concentrations play an important role in the microbial community structure and subsequently in the establishment of the surface colonizers. Furthermore, presence and activity of the surface colonizers influence the underlying microbial communities probably because of modification of energy source availabilities. Finally, the existence of similar microbial populations between the two ecosystems also raises the question of their dispersal mechanisms. Our results support the hypothesis of a potential continuity among deep-sea ecosystems. In absence of physical borders, environmental conditions (temperature, specific compounds associated withhydrothermal fluids) might select specific and highly adapted microorganisms from the pool of microorganisms dispersed globally across the seafloor.


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