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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.

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1 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 TAPIA Nicolas & VAUGEOIS Maxime Le 15/04/2009 Zostera marina UE 227 : Fluctuations et perturbations, naturelles et anthropiques, des écosystèmes marins

2 •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.

3 •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)

4 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)

5 Monoculture Mélange de 3 génotypes 6 génotypes parmi 12 Mélange des 6 génotypes (G,H,I,J,K et L)

6 • 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

7 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) 123

8 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%

9 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

10  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

11  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’épisode de 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.

12 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 Stachowicz et al Mécanismes possibles

13 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

14 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


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