Importance of genetic diversity in eelgrass Zostera marina for its resilience to

global warming

D’après Anneli Ehlers, Boris Worm et Thorsten B. H. Reusch - 2008

TAPIA Nicolas & VAUGEOIS Maxime Le 15/04/2009

Zostera marina

UE 227 : Fluctuations et perturbations, naturelles et anthropiques, des écosystèmes marins

• Les changements climatiques affectent le fonctionnement de nombreux écosystèmes.

• Effets : Hausse des températures moyennes

Augmentation de la fréquence et de l’intensité des évènements

climatiques exceptionnels

• But de l’étude : Etudier l’impact d’une vague de chaleur (2003, Europe) sur des

herbiers de Zostera marina.

Reproduction en mésocosme d’un épisode de chaleur à partir d’une

étude précédente (Reusch et al. 2005) afin d’étudier

le rôle de la diversité génétique sur la résistance d’une population.

• Zoostera marina : Magnoliophyte marine

(cf. cours UE 104 BENT)

Développement clonal en ramets

Organisme approprié pour

réaliser des études de diversité

génétique

• Zone de prélèvement :

Maasholm, bas-fonds estuariens sur les côtes

allemandes de la mer Baltique.

Cartographie des clones afin d’isoler des individus

de génotypes différents (12 génotypes identifiés)

Etude en mésocosme : 12 bassins subdivisés en 4 sous-bassins (48 x 41 x 16 cm)

6 bassins maintenus à température ambiante (Température Kiel Fjord)

6 bassins chauffés (Simulation d’une vague de chaleur)

MonocultureMélange de 3 génotypes

6 génotypes parmi 12

Mélange des 6 génotypes (G,H,I,J,K et L)

• Mélange de sédiments sableux :

Sédiments côtiers ramassés à proximité du site d’étude

Sédiments d’origine issus du site de collecte

• Ajout de Grazers : contrôle de la croissance des épiphytes

Littorina littorea (250/sous-bassin)

Idothea baltica (12/sous-bassin)

• Cinétique de l’expérience :

Période d’acclimatation de 6 semaines à température ambiante Aout : début de l’épisode de chaleur, durée 4 semaines Septembre : fin de l’épisode de chaleur et suivi 6 semaines

Evolution de la température lors de l’expérience :

Température de l’eau (°C) :

Juillet Aout Septembre Octobre

Chauffé

Ambiant

Kiel fjord

(Reusch et al. 2005)

1 2 3

Densité de ramets par sous-bassin

Diversité génotypique

1°) Effet du réchauffement sur la densité des herbiers en fonction de leur diversité génotypique :

Ambiant Chauffé

Juillet :(Avant l’épisode de chaleur)

Septembre :(Fin de l’épisode de chaleur)

Octobre :(6 semaines après l’épisode)

- 44%

2°) Réponse des différents génotypes face au réchauffement :

Génotype

Densité de ramets par sous-bassin

Juillet :(Avant l’épisode de chaleur)

Septembre :(Fin de l’épisode de chaleur)

Octobre :(6 semaines après l’épisode)

Ambiant Chauffé

Effet négatif de la température sur la densité de Zoostères

Effet positif de la diversité génétique sur la densité

Importance de la diversité génétique sur la résistance discutable

Biais de l’étude en mésocosme:

Mise en place d’un biofilm cyanobactérien : recouvre 3% de la surface à température ambiante contre 28% en bassin réchauffé

Modification du comportement des grazers : 7% des gastéropodes

sur les parois contre 16% en bassin réchauffé

Mise en évidence d’une différence dans la densité finale de ramets entre les bassins réchauffés et ceux à température ambiante :

Changement dans la stratégie de croissance des herbiers

Quel pourrait être l’impact de la température ?

Pendant l’épisodede chaleur :

Bassin réchauffé :Bassin resté à

température ambiante :

Baisse de l’efficacité de la photosynthèse : baisse du stockage de carbohydrates (Mayot et al. 2005) utilisés pour synthétiser des nouveaux ramets.

Complémentarité:.Partitionnement de la niche: association de génotypes qui ont une utilisation complémentaire de la ressource.

.Facilitation / inhibition: effets avantageux de proximité entre deux génotypes.

Processus évolutifs:.Effet sélectif: un génotype plus résistant au sein de l’herbier va permettre le maintien de celui-ci.

Sources: Hughes et al. 2008Stachowicz et al. 2007

Mécanismes possibles

Effet sélectif :Disparition de certains génotypes Baisse diversité génotypique Baisse de la résistance aux perturbations Danger pour l’écosystème (fragilité).

Effet cascade:Modification du réseau trophique (dynamique des relations proie/ prédateur et hôte/parasite) modification du fonctionnement de l’écosystème.

Dangers potentiels

Reusch TBH, Ehlers A, Hämmerli A, Worm B (2005) Ecosystem recovery after climatic extremes enhanced by genotypic diversity.Proc Natl Acad Sci USA 102:2826–2831

Mayot N, Boudouresque CF, Leriche A (2005) Unexpected response of the seagrass Posidonia oceanica to a warmwater episode in the North Western Mediterranean Sea. C R Biol 328:291–296

A. Randall Hughes, Brian D. Inouye, Marc T. J. Johnson, Nora Underwood and Mark Vellend (2008) Ecological consequences of genetic diversity. Ecology Letters, 11: 609–623

John J. Stachowicz, John F. Bruno, and J. Emmett Duffy (2007) Understanding the Effects of Marine Biodiversity on Communities and Ecosystems. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 38:739–66