Réponse d’une espèce d’eau froide aux changements environnementaux : plasticité phénotypique et divergence des traits d’histoire de vie précoce chez les populations d’omble chevalier (Salvelinus alpinus) en limite Sud de distribution

Response of a cold water adapted species to environmental changes : phenotypic plasticity and divergence in early life-history traits of arctic charr (Salvelinus alpinus) Southernmost populations

• Auteur / Autrice : Lisandrina Mari
• Direction : Jean Guillard, Émilien Lasne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biodiversité, écologie, environnement
• Date : Soutenance le 07/05/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre alpin de recherche sur les réseaux trophiques des écosystèmes limniques (Thonon-les-Bains, Haute-Savoie)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Després
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Cattaneo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katja Räsänen, Fabrice Télétchea

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasticité phénotypique

Eau -- Température

Omble chevalier

Mots clés libres

Changement global

Poisson

Température

Adaptation locale

Plasticité phénotypique

Sédiments

Global change

Fish

Temperature

Local adaptation

Phenotypic plasticity

Sediment

Résumé

Dans le contexte actuel de réchauffement climatique, la capacité des espèces à adopter des stratégies de mitigation, face aux effets d’une augmentation des températures est cruciale à leur persistance dans des environnements non favorables. De plus, la température est susceptible de moduler les impacts d’autres facteurs environnementaux.L’omble chevalier (Salvelinus alpinus) est un poisson sténotherme d’eau froide que l’on retrouve essentiellement sous le cercle arctique. En Europe sa limite Sud de distribution se situe dans la région alpine où l’espèce s’est retrouvée enclavée suite à la dernière glaciation. Les lacs alpins et péri-alpins sont particulièrement vulnérables au réchauffement. Ces populations peuvent donc être considérées comme des sentinelles du changement climatique et constitue un système d’étude intéressant pour l’étude de i) l’adaptation locale à la température, et ii) la réponse des populations à des stress multiples.Suivant un schéma expérimental de jardin commun, des œufs originaires de quatre lacs situés le long d’un gradient altitudinal ont été exposés à une température optimale (5°C) ou proche de leur limite de tolérance thermique (8.5°C). Nous avons mesuré des traits liés à la fitness chez les individus à l’éclosion et proches de l’émergence et étudié les processus qui sous-tendent les divergences entre ces traits par une approche QST-FST. Les résultats ont montré des normes de réaction contrastées, la température affectant la survie, la taille et le timing de l’éclosion, reflétant des différences entre populations dont la base est génétique. Des comparaisons entre paires de population ont montré que la divergence entre traits quantitatifs peut être attribuable en grande partie à la de la sélection homogénéisante ou de la dérive. Les résultats ont également montré que la diversité génétique neutre est relativement élevée, mais que le potentiel adaptatif des populations gérées par des pratiques de repeuplement est limité, suggérant un impact négatif des pratiques de gestion locales.Une deuxième expérience s’est focalisée sur les effets combinés de la température et des sédiments fins, une pression qui affecte fortement la disponibilité en oxygène et la qualité de l’habitat des salmonidés. Les résultats ont révélé que la température diminue la tolérance aux sédiments fins des stades précoces d’omble. L’exposition à un gradient de sédiments sous des conditions thermiques défavorables ont eu des effets dramatiques sur les traits de vie embryonnaires, montrant que la température peut exacerber les effets des sédiments. Une troisième étude a montré...Globalement, ce travail a montré que les populations sauvages d’omble chevalier divergent en partie adaptativement en réponse à a température, mais l’historique de perturbations d’origine anthropique affectant ces populations dans les lacs alpins (pratiques de gestion et repeuplement non adaptées, introduction allochtones, surpêche) peuvent réduire leur capacité à répondre et s’adapter aux futures augmentations de température. Ce travail a également mis en avant la nécessité de ré-examiner les effets de pressions classiques dans les écosystèmes aquatiques (notamment l’accumulation de sédiments fins) sous différents scénarii thermiques tout en prenant en compte les particularités de chaque population.

In a warming climate, the capacity of species to adopt effective strategies to cope with temperature increase will be key to their persistence in hostile environments. Furthermore, elevated temperatures are likely to modulate the effects of other environmental pressures on biota.The Arctic charr (Salvelinus alpinus) is a cold water adapted stenotherm, found essentially below the Arctic circle. In Europe, the Southernmost edge of its native distribution range is located in the Alps where the species remained following the glacier retreat after the last glaciation. As alpine and peri-alpine lakes are deemed particularly vulnerable to warming, these isolated populations can be considered as sentinels of climate change and constitute an interesting study system to investigate i) local adaptation to thermal habitat and ii) population response to multiple environmental stressors.Using a common garden experimental design, we first reared embryos originating from four lakes along an altitudinal gradient to an optimum temperature (5°C) or to a temperature close to the thermal tolerance limit of arctic charr embryos (8.5°C). We measured fitness-related traits in hatched larvae and at near emergence and investigated the evolutionary processes underlying population divergence using a QST-FST approach. Results revealed contrasted thermal reaction norms with effects of temperature affecting survival, body size and timing of hatching, that reflected genetic divergence among populations. However, pairwise population comparisons showed that quantitative trait divergence could often be explained by drift and homogenous selection. Results also indicated that neutral genetic diversity was relatively high, but adaptive potential to warming was limited in populations managed by supportive breeding, suggesting a negative effect of local management practices on populations.A second study investigated the combined effects of temperature and fine sediment, a stressor that affects strongly oxygen availability and habitat quality of salmonids. Results revealed that temperature can decrease the tolerance of arctic charr early life stages to fine sediment. Exposure to a gradient of fine sediment under stressful thermal conditions during egg incubation had dramatic effects on embryonic life-history traits, with temperatures strongly exacerbating the impacts of sediment loads that did not exert any detrimental effects at cold.Finally, a third study showed that co-exposure to temperature and fine sediment during embryo development can lead to different trade-offs between size at hatching, yolk conversion efficiency and timing of hatching among wild populations. As a confirmation of the previous study, temperature and sediment did affect early life traits interactively, although the effects were essentially sublethal and temperature was dominant. This indicated that wild populations were more resistant than the previously studied captive stock, certainly due to natural exposure to sediment, but the observed reduction in size and increased energy expenditure might have critical consequences in later life stages.Overall, this work showed that wild arctic charr populations exhibit adaptive divergence in response to temperature to a certain extent, but the history of anthropogenic disturbances in alpine lakes (inappropriate stocking practices, allochthonous fish introductions, overfishing) is likely to hinder their capacity to respond and adapt to future temperature elevations. This work also highlighted that the reevaluation of common stressors in freshwaters (e.g. fine sediment deposition) under different thermal scenarios while taking into account population specificities is necessary.