Mixotrophie et dynamiques de l'écosystème pélagique

Mixotrophy and pelagic ecosystem dynamics

• Auteur / Autrice : Vera De Schryver
• Direction : Herwig Stibor
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie marine
• Date : Soutenance le 16/12/2013
• Etablissement(s) : Brest en cotutelle avec Christian-Albrechts-Universität (Kiel, Allemagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l’environnement marin (Plouzané, Finistère) - Forschungszentrums für marine Geowissenschaften
• Jury : Président / Présidente : Christina de la Rocha
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Herwig Stibor, Christina de la Rocha, Monika Quinones Winder, Ulrich Sommer, Stefanie Ismar, Gauthier Schaal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Monika Quinones Winder, Ulrich Sommer, Stefanie Ismar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie pélagique

Protistes eucaryotes

Mots clés libres

Espèces protistes

Mixotrophie

Écosystème

Pélagique

Dynamique

Protist species

Mixotrophy

Ecosystem

Pelagic

Dynamic

Résumé

Les espèces protistes ont été traditionnellement classifiées comme des plantes ou des animaux en raison de l’absence ou présence des chloroplastes. L’état actuel de la connaissance indique qu’un grand nombre d’espèces protistes portent des chloroplastes mais que physiologiquement elles sont capables d’utiliser l’autotrophie (photosynthèse) ou l’hétérotrophie pour se nourrir. La combinaison de ces deux modes trophiques par une même cellule est nommée mixotrophie. Chez les protistes l’hétérotrophie peut s’effectuer soit par la consommation des particules par phagocytose, e.g. des proies bactériennes, ou bien par l’absorption des composants organiques dissouts, i.e. osmotrophie. La mixotrophie est de plus en plus décrit chez les protistes dans tous les habitats aquatiques. Les écologistes du plancton constatent la récurrence de la mixotrophie chez les formes traditionnelles « phyto»plancton et micro »zoo »plancton. Cependant, identifier et quantifier la mixotrophie reste toujours un défi méthodologique. Dans cette étude nous nous sommes intéressés à la mixotrophie chez les espèces phytoplanctoniques marines, en particulier à leur nutrition phagotrophique de proies bactériennes. Nous avons testé des techniques modernes afin d’identifier la mixotrophie dans des cellules phytoplanctoniques. La technique cytogénétique d’hybridation in situ Card-FISH en utilisant de sondes d’ARN ribosomique 16S a été effectuée suivant des protocoles existant pour des bactéries et des protistes. Cette technique s’est avérée être un outil précieux pour visualiser des groupes phylogénétiques bactériens en association avec le phytoplancton à l’aide de la microscopie à épifluorescence, sans avoir besoin d'un isolement préalable des cellules ou des interférences avec l'association microbienne. Cependant, la méthode a échoué pour visualiser mixotrophie chez le phytoplancton car la sonde eubactérienne générale(EUB338) combine une large gamme d'espèces phytoplanctoniques, ce qui rend impossible de discriminer les signaux fluorescents provenant de tissus bactérienne ou phytoplanctonique. Le contexte de ces études est le phytoplancton et les bactéries hétérotrophes lesquels constituent des principaux concurrents pour les nutriments inorganiques dissouts. Dans le cas où la croissance bactérienne est limitée par le carbone, l'augmentation de la concentration de carbone organique dissous(DOC) renforce la croissance bactérienne et la consommation de nutriments dissous et ainsi affecte négativement la croissance du phytoplancton autotrophe. Cependant, les consommateurs de bactéries, i.e.phytoflagellés mixotrophes, peuvent être favorisés dans de telles situations car la hausse de DOC donne lieu à l'abondance plus élevé des proies bactériennes.En outre, nos résultats indiquent un potentiel effet positif de la température sur le mode de nutrition hétérotrophe de l’espèce, ainsi qu’une croissante contribution des espèces mixotrophes au sein des communautés de phytoplancton dans des conditions des hautes températures des eaux de surface de la mer.

Protist species were traditionally classified morphologically as either „plants“ or „animals“, based on the absence or presence of chloroplasts. State of science is that a high number of protist species carrychloroplasts but are nutritionally able to employ both autotrophy (photosynthesis) and heterotrophywithin a single cell. This combination of autotrophic and heterotrophic mode of nutrition within a single species is named mixotrophy. In protists, heterotrophy can be realized either by the uptake of food particles (e.g. bacterial prey) through phagocytosis or by the uptake of dissolved organic compounds (i.e.osmotrophy). Mixotrophy is globally and increasingly described in protists from all types of aquatic habitats. Plankton ecologists nowadays assess mixotrophy among the traditionally typified “phyto”plankton and mikro”zoo”plankton species as regularity. Nevertheless, detection and quantification of mixotrophy is still a methodological challenge. In this study, we focused on mixotrophy in marine phytoplankton species and put emphasis on its phagotrophic nutrition from heterotrophic bacterial prey. State of the art methodology was tested to visualize mixotrophy in single phytoplankton cells. Catalyzedreported deposition-fluorescence in situ hybridization (Card-FISH), using 16S ribosomal RNA probes,was employed based on existing protocols for bacteria and protists. The method proved to be a valuable tool to visualise bacterial phylogenetic groups in association with phytoplankton by epifluorescence microscopy without need for prior isolation of cells or interference with the microbial association.However, the method failed to visualize mixotrophy in phytoplankton since the general eubacterial probe(EUB338) hybridised a broad range of phytoplankton species making it impossible to discriminate fluorescent signals originating from bacterial or phytoplankton tissue. Background of these studies is phytoplankton and heterotrophic bacteria being major competitors for dissolved inorganic nutrients. In case that bacterial growth is carbon limited, increasing concentrations of degradable dissolved organic carbon (DOC) enhance bacterial growth and consumption of dissolved nutrients and there by negatively affect autotrophic phytoplankton growth. Bacteria consuming mixotrophic phytoflagellates, however, may gain in importance in such situations since DOC provokes higher bacterial prey supply.In addition, our results indicate a potential positive effect of temperature on O. minima´s heterotrophic nutrition mode, and indicate a potential increasing contribution of mixotrophic species to phytoplankton communities under increasing sea surface water temperatures.