La vulnérabilité des lacs face au couplage du climat et des perturbations anthropiques locales : approche paléolimnologique basée sur les cladocères

by Benjamin Alric

Doctoral thesis in Biodiversité, écologie, environnement

Under the supervision of Jean Marcel Dorioz and Marie-Elodie Perga.

Thesis committee President: Gilbert Cabana.

Thesis committee members: Jean Marcel Dorioz, Marie-Elodie Perga, Hilde Eggermont.

Examiners: Marc Pagano, Alexandre Bec.

  • Alternative Title

    The vulnerability of lakes face to the coupling of climate and local disturbance : paleolimnological approach based on cladocerans


  • Abstract

    Lake ecosystems are increasingly subjected to multiple perturbations but their response is too rarely considered in overall. But, though a complex set of interactions, each perturbation can modulate the intensity of the impact of each other on lakes, and thus their response. In this context, this work is focused on deepening our understanding of the response of lakes in a context of multiples perturbations, over the long-term. We studied this response performing a paleolimnological approach (based on cladoceran) on three large, deep lakes (Lakes Geneva, Bourget and Annecy) submitted to a similar regional perturbation (i.e., climate warming) and varying intensities of two local perturbations (i.e., changes in nutrient inputs and fisheries managment practices). The ability of cladoceran to integrate the temporal changes in the pelagic food web in response to three environmental perturbations makes them a suitable model to reconstruct changes in the whole pelagic community. Specifically, we addressed (i) changes in cladoceran communities, during the last century, in response to three environmental perturbations and (ii) the impact of these perturbations on reproductive behavior of Daphnia. However, the lack of knowledge in large, deep lakes on the representativity of source cladoceran communitites by fossil assemblages in sediments firstly led to a methodological calibration. This last showed that the represention level of source communities was different according to the type of remain. Parthenogenetic remain assemblages (i.e., exoskeleton) reflect accurately the taxonomical and size structure of source communities in contrast to ephippia which are reliable proxy to reconstruct reproductive behavior. Following these results, the paleolimnological reconstructions of cladoceran communities showed that their ecological trajectories are controlled by complex interactions between the three perturbations, according to time periods and lakes. Moreover, the response of cladoceran communties to climate was different between the three lakes as a function of the intensity of local forcings. These observations suggest that it is important to include the role of local perturbations in predicting the future impact of climate change on lakes. The impact of environmental perturbations on the reproductive behavior of Daphnia is such that interspecific hybridization events were observed. However, these hybridization events were the result of different sensitivity to perturbations among Daphnia species.


  • Abstract

    Les écosystèmes lacustres sont de plus en plus soumis à de multiples perturbations mais leur réponse est encore trop rarement considérée de façon globale. En effet, au travers d'un jeu d'interactions complexes, chaque perturbation peut moduler l'intensité de l'impact des autres sur les lacs, et de ce fait, leur réponse. Dans ce contexte, ce travail doctoral est axé sur l'approfondissement de notre compréhension de la réponse des lacs à un contexte de perturbations multiples, sur le long terme. Pour cela, trois grands lacs profonds (le lac Léman, du Bourget et d'Annecy), soumis à une perturbation régionale similaire (i.e., le réchauffement climatique) et à deux perturbations locales (i.e., les changements dans le statut trophique et dans les pratiques de gestion piscicole) d'intensités différentes, ont été choisis. La réponse de ces lacs à ces changements a été abordée au travers d'une approche paléolimnologique, basée sur les cladocères. En effet, la capacité de ceux-ci à intégrer les changements temporels dans le réseau trophique pélagique en réponse aux trois perturbations environnementales en fait un modèle adéquat pour reconstruire les changements à l'échelle de la communauté pélagique. Plus précisément, nous avons abordé (i) les changements dans les communautés de cladocères, au cours du siècle dernier, en réponse aux trois perturbations environnementales et (ii) l'impact de ces perturbations sur les stratégies de reproduction des Daphnies. Cependant, le manque de connaissance dans les grands lacs profonds sur la représentativité des communautés sources de cladocères par les assemblages de restes archivés dans les sédiments a tout d'abord conduit à faire un point méthodologique. Ce dernier a abouti à la mise en évidence de différences dans le niveau de représentation de communautés sources de cladocères selon le type de restes utilisés. La composition taxonomique et la structure en taille des restes parthénogénétiques (i.e., exosquelettes) reflètent relativement bien celle des communautés sources. Quant aux éphippies (œufs de dormance), elles se révèlent des indicateurs fiables pour reconstruire les comportements de reproduction. Suite à ces résultats, les reconstructions paléolimnologiques des communautés de cladocères montrent que leur trajectoire écologique était contrôlée par des interactions complexes entre les trois pertubations différentes, selon les périodes de temps et entre les lacs. De plus, la réponse des communautés de cladocères au climat était différente entre les trois lacs comme une fonction de l'intensité des forçages locaux. Ces observations suggèrent qu'il est important d'inclure le rôle des perturbations locales dans la prédiction de l'impact futur des changements climatiques sur les lacs. L'impact des perturbations environnementales sur le comportement de reproduction des Daphnies est tel que des évènements d'hybridation interspécifique ont été observés. Cependant, ces évènements d'hybridation sont issus de sensibilité aux trois perturbations environnementales différentes entre les espèces de Daphnies.


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