Etude des traits de vie de annélides polychète Arenicola marina et A. defodiens : développement d’un modèle de type "Dynamic Energy Budget" (DEB) et conservation de ces espèces

Study of the life-history traits of two species of polychaetes, Arenicola marina and A. defodiens, implementation of a Dynamic Energy Budget model and conservation of the species

• Auteur / Autrice : Lola De Cubber
• Direction : Sylvie Marylène Gaudron, Sébastien Lefebvre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géoscience, Ecologie, Paléontologie, Océanographie
• Date : Soutenance le 07/11/2019
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences (LOG)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie benthique

Biodiversité -- Conservation des ressources

Modèles mathématiques

Bioénergétique

Alimentation

Habitat

Reproduction (biologie)

Croissance

Cycles biologiques

Arenicola

Mots clés libres

Traits de vie

Résumé

Les arénicoles sont des polychètes benthiques présentant un cycle de vie bentho-pélagique complexe avec deux phases de dispersion larvaire seulement partiellement décrit jusqu’à présent. Ces espèces sont intensément pêchées comme appât sur les plages de la Manche orientale, notamment au sein d’une aire marine protégée, le Parc naturel marin des estuaires picards et de la mer d’Opale. Sans mesures de gestion, cette activité pourrait entraîner une diminution des populations d’arénicoles tout en affectant les caractéristiques physiques des plages et la biodiversité associée. Tout d’abord, deux espèces d’arénicoles ont été identifiées, Arenicola marina et A. defodiens, et leurs abondances, leurs distributions spatiales, ainsi que certains de leurs traits de vie (période de ponte, taille de première maturité sexuelle) ont été mesurées sur 4 sites d’étude. Ces données ont été comparées à des données de pêche pour estimer si les populations d’arénicoles étaient exploitées durablement, et pour fournir de potentielles mesures de gestion (De Cubber et al., 2018). Sur l’un des sites étudiés, A. marina était présente en grands nombres en médiolittoral supérieur et moyen tandis que A. defodiens occupait les niveaux médiolittoral inférieur et infralittoral de l’estran. Sur les autres sites, les deux espèces occupaient les niveaux médiolittoral inférieur et infralittoral, et les individus de A. marina étaient moins nombreux, et sans recrus. Les pontes de A. marina ont eu lieu en début d’automne et celles de A. defodiens en fin d’automne. Le besoin de mise en place de mesures de gestion de A. marina a été mis en évidence sur un site en comparant les abondances et les données de pêche. Ensuite, un modèle de type Dynamic Energy Budget (DEB) a été appliqué à A. marina en combinant des données de terrain, des données expérimentales (de croissance et de consommation d’oxygène) et des données de la littérature pour reconstruire le cycle de vie et la croissance de l’espèce dans des conditions environnementales in situ (De Cubber et al., in press). La reconstruction de la chronologie des premiers stades de vie avec le modèle DEB pour A. marina en fonction des conditions environnementales in situ a permis de prédire une première phase de dispersion de 5 jours suivie d’une période d’installation temporaire de 7 mois avant une deuxième phase de dispersion au printemps, à la fin de la métamorphose, qui semble concorder avec les observations de terrain. Enfin, la structure en taille de la population de A. marina sur un des sites d’étude a été suivie pendant 1.5 an pour explorer les migrations des adultes vers le bas d’estran reportées par plusieurs auteurs. Pour cela, un modèle permettant la reconstruction de la température au sein du sédiment a été adapté d’un modèle de température pour la vase; le contenu en azote du sédiment a été mesuré et différents proxys pour la nourriture ont été testés. Les réponses métaboliques des arénicoles à la nourriture (réponse fonctionnelle) et à la température (intervalle de tolérance et température d’Arrhénius) ont été estimées. Ces données, combinées au modèle DEB pour A. marina ont permis d’étudier les effets de variations de la température et la de nourriture rencontrés par les arénicoles suivant leur position sur l’estran et la profondeur de leur galerie. Le suivi de la structure en taille de la population de A. marina a clairement indiqué la présence de migration au cours du temps vers le bas d’estran.

Arenicola spp. are marine benthic polychaetes displaying a complex bentho-pelagic life cycle with two larval dispersal phases, only partially described up to now, and intensively dug for bait by anglers on many foreshores of the Eastern English Channel. Without regulation, this activity can lead to the decrease of lugworms’ population while affecting the physical characteristics of the beach and the associated biodiversity. First, we identified through morphology and genetics two species of lugworms, Arenicola marina and A. defodiens, and assessed their abundance and spatial distribution at four studied sites, as well as some life-history traits such as the spawning periods and the size at first maturity. These data were compared to lugworms’ collection data to estimate its sustainability and to provide potential management measures (De Cubber et al., 2018). At one studied site, A. marina was present in large numbers on the higher and middle shore, whereas A. defodiens occupied the lower shore. At the other sites, both species cooccurred on the lower shore, and A. marina individuals were less numerous and lacking recruits. Spawning periods for A. marina occurred in early autumn and in late autumn for A. defodiens. One site appeared in need for management when linking abundance data with bait collection, where harvest was above the carrying capacity of the beach for A. marina. Second, a Dynamic Energy Budget (DEB) model was applied to the species combining the former as well as new field data, experimental data (growth and oxygen consumption data), and literature data in order to reconstruct the life cycle and growth of A. marina under in situ environmental conditions (De Cubber et al., in press). The reconstruction of the early life-stages chronology by the DEB model for A. marina according to in situ environmental conditions indicated a first dispersal phase of 5 days followed by a 7 months’ temporary settlement before a second dispersal phase in spring, at the end of metamorphosis, which appeared consistent with field observations. Finally, we followed-up the population size structure of A. marina at one studied site during 1.5 year to explore the down shore migration of lugworms recorded by several authors. To do so, we adapted a sediment temperature model from a mud temperature model (Guarini et al., 1997), measured the nitrogen content and tested several proxys for the food sources. The metabolic responses of lugworms to food (scaled functional response) and temperature (temperature tolerance range and Arrhenius temperature) were then assessed. We combined those data with the former DEB model to explore the effects of the fine changes in temperature and food conditions met by the individuals along the foreshore gradient and according to the depth of their galleries. The follow-up of the population size structure of A. marina showed clearly a migration pattern. The effect of sediment temperature alone when migrating did not allow significantly higher growth and egg production, while an increase of food concentrations down the shore did. Other factors might be taken in consideration in further studies such as desiccation and anaerobic metabolism during emersion periods at low tide. All these data constitute valuable information for conservation managers to better understand and regulate the lugworm populations. Further combination of the DEB model developed in this study with an individual-based model and a larval dispersal model could enable to understand the dynamics of the local lugworm populations.