Study of two brackish copepod species from contrasted environments through multi-scale approach : from ethology to population dynamic

par Gaël Dur

Thèse de doctorat en Biologie marine

Sous la direction de Sami Souissi, Jiang-Shiou Hwang et de François Schmitt.

Soutenue le 05-10-2009

à Lille 1 en cotutelle avec National Taiwan Ocean University (Keelung, Taiwan) .

mots clés

• Eurytemora affinis
• Pseudodiaptomus annandalei
• Modèle individu-centré
• Calanoïdes -- Reproduction (biologie)
• Calanoïdes -- Locomotion
• Copépodes -- Cycles biologiques -- Variations saisonnières
• Sélection sexuelle chez les animaux
• Zooplancton marin -- Populations -- Moeurs et comportement
• Écologie des estuaires -- Seine, Estuaire de la (France) -- Cours d'eau -- Taiwan
• Analyse multiéchelle

Titre traduit

Approche multi-échelle pour l'étude de deux copépodes vivant dans deux environnements contrastés : de l'éthologie à la dynamique de population

Résumé

Les copépodes calanoides Eurytemora affinis et Pseudodiaptomnus annandalei sont des espèces dominant respectivement les communautés zooplanctoniques des estuaires tempérés et tropicaux. Ces deux espèces, bien qu’issues de milieux contrastés, présentent de nombreuses similitudes. Cependant leur comportement n’a été que peu étudié. L’approche multi-échelle utilisée au cours de cette thèse pour étudier ces deux espèces combine des analyses empiriques du comportement des copépodes à l’échelle de l’individu avec la modélisation individu-centré. La partie consacrée à la petite échelle nous a permis d’explorer comment les stades adultes des deux espèces nagent et s’accouplent. Ces différents processus ont été appréhendés en laboratoire via des techniques d’enregistrement vidéo en deux et trois dimensions. Avec l’approche de modélisation individu-centré, nous avons dans un premier temps développé un modèle constituant une représentation réaliste du processus de reproduction chez les espèces de copépode portant leurs œufs. Ce modèle a ensuite été intégré dans un modèle reproduisant le cycle de vie complet permettant de simuler le développement sur plusieurs générations à température constantes. A l’aide du modèle consacré à la reproduction, nous avons montré comment un processus observé à l’échelle de l’individu, i.e. la sélection des mâles par les femelles, peut affecter la production moyenne de la population. Enfin, l’intégration dans le modèle cycle de vie de l’effet de la variation de température et d’une variation saisonnière de la survie des stades adultes et larvaires nous a permis de simuler la dynamique de population d’E.affinis sur plusieurs années.

Résumé

The calanoid copepods Eurytemora affinis and Pseudodiaptomus annandalei are among the most dominant zooplankton species in respectively temperate and sub-tropical/tropical estuaries. Both species, while from contrasted environment, exhibit lots of similarity However their behaviour is scarcely studied. The multi-scale approach applied along this thesis for the study of these two species combined empirical analysis of copepod behavior with individual based modeling. The part of the thesis dedicated to small scales studies lead to the description of how the reproductive stages of these two species swim, mate and reproduce. These different processes were grasped throughout two or three dimensional filming experiments conducted in laboratory. Through the individual-based modeling approach, we first developed an individual-based model which constitutes a realistic representation of the reproduction process in egg-carrying copepods. This model was subsequently integrated into a model that represent the entire life cycle of such copepods allowing the simulation of the development of several generations for constant temperature conditions. With the model dedicated to reproduction, we showed how a process observed at the individual scale, i.e., the female mate selection, may affect the mean production of the population. Finally, the integration of the effect of temperature variation on development and reproduction as well as a seasonal variation of adults and nauplii survival in the model representing the life cycle lead to the simulation of the population dynamic of E. affinis over several years.