Diversité génétique d'espèces structurantes en environnement marin : influence sur la réponse démographique des populations aux perturbations anthropiques

Genetic diversity of structuring species in the sea : influence on the demographic response to anthropic disturbances

• Auteur / Autrice : Ronan Becheler
• Direction : Sophie Arnaud-Haond, Christian Hily
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie biologique
• Date : Soutenance le 28/11/2013
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Environnement profond
• Jury : Président / Présidente : Jean Laroche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sophie Arnaud-Haond, Christian Hily, Jean Laroche, Frédérique Viard, Galice Hoarau, Myriam Valero
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédérique Viard, Galice Hoarau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Organismes marins

Génétique des populations

Mots clés libres

Génétique des populations

Dynamique démographique

Clonalité

Connectivité

Zostera marina

Coraux d'eau froide

Population genetics

Demographic dynamics

Clonality

Connectivity

Zostera marina

Cold-water corals

Résumé

L’influence de la diversité génétique sur la stabilité démographique des populations constitue un paradigme de l’écologie évolutive. Au sein des populations naturelles, l’étude de cette relation est complexifiée par l’influence réciproque de la stabilité sur la diversité, et leur degré d’interconnexion. Ces interrelations ont été explorées chez la plante marine Zostera marina et les coraux d’eau froide Lophelia pertusa et Madrepora oculata, des espèces partiellement clonales. Ce trait d’histoire de vie, influençant profondément la dynamique démographique et la trajectoire évolutive des espèces, a constitué le fil d’Ariane de ce travail. L’échantillonnage dans l’espace (échelle régionale) et le temps (un pas de trois ans) d’herbiers de Zostère a permis de mieux comprendre la dynamique clonale de ces plantes. L’architecture et la diversité clonale apparaissent comme la résultante de l’équilibre entre dispersion/recrutement de nuages de graines dispersées collectivement, et la compétition pour l’espace entre clones. Les perturbations affectent localement l’équilibre de l’herbier. Cette dynamique originale rend impossible l’identification des contours populationnels. En revanche, nos résultats semblent indiquer que la diversité génétique au sens strict (hétérozygotie et nombre d’allèles) des herbiers de Zostères constitue un facteur de stabilité démographique, via sa potentielle influence sur les capacités de résistance aux perturbations saisonnières. Les coraux d’eau froide, quant à eux, présentent des patrons biogéographiques en accord avec l’hypothèse d’une extinction dans le Golfe de Gascogne, lors des derniers épisodes glaciaires. Les marques visibles des activités de pêche posent la question des capacités de résilience de ces écosystèmes, qui dépendent entre autres du potentiel de dispersion de ces espèces. L’absence de structure génétique observée chez L. pertusa suggère, au moins pour cette espèce, un fort degré d’interconnexion entre les récifs, tandis que M. oculata montre davantage de structure régionale. La sensibilité de ces espèces aux variations climatiques et à la pression des activités anthropiques souligne la nécessité d’études approfondies, pour leur conservation.Les résultats obtenus pendant cette thèse permettent de mieux comprendre la dynamique populationnelle des herbiers et récifs profonds, le taux de clonalité et la connectivité des populations. Ces informations sont essentielles pour avancer vers une meilleure compréhension de la dynamique et la résistance de ces espèces structurantes, et sont donc primordiales pour la conservation de ces écosystèmes clé.

The influence of genetic diversity on the demographic stability of populations constitutes a paradigm in evolutionary ecology. The complexity of this relationship within natural populations is enhanced by the reciprocal effect of stability on diversity, and the degree of interconnection among populations. This interaction was explored within the seagrass Zostera marina and the cold-water corals Lophelia pertusa and Madrepora oculata, three partially clonal species. This life history trait, deeply influencing the population dynamics and evolutionary trajectory of species, constituted the underlying theme of this work.The sampling in space (regional scale) and time (a three-years step) of eelgrass meadows allowed us to better understand the clonal dynamics of these plants. The clonal architecture and diversity may result from the equilibrium between dispersal/recruitment of collectively dispersed clouds of seeds, and the competition for space among clones. Perturbations locally affect the equilibrium of meadows. This original dynamic makes impossible the identification of population contours. Yet, our results suggest that the genetic diversity sensu stricto (heterozygosity and number of alleles) represents a factor of demographic stability, through its putative influence on resistance capacity for seasonal disturbances. Cold-water corals show biogeographic pattern in line with the hypothesis of glacial extinction, within the Bay of Biscay. The noticeable footprints of fishing activities question the capacity of resilience of these ecosystems, depending on dispersal potential of the structuring species, which showed low levels of clonality. The lack of genetic structure observed for L. pertusa suggest, at least for this species, a high degree of interconnection among reefs at large scale, while M. oculata revealed a stronger regional structure. Sensitivity of these two species to climatic variations and the pressures of human activities highlight the need of thorough studies for their conservation. Results obtained during this thesis allow a better understanding of the populations dynamics of both seagrass and deep reefs and their levels of clonality and connectivity. This information constitutes the first step toward a better understanding of dynamics and resistance of these structuring species, and is also primordial for the conservation of their key ecosystems.