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

Effets : But de l’étude : 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 chauffés (Simulation d’une vague de chaleur)  6 bassins maintenus à température ambiante (Température Kiel Fjord)

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

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 Evolution de la température lors de l’expérience :

Diversité génotypique 1°) Effet du réchauffement sur la densité des herbiers en fonction de leur diversité génotypique : Densité de ramets par sous-bassin Ambiant Chauffé - 44% Diversité génotypique Juillet : (Avant l’épisode de chaleur) Septembre : (Fin de l’épisode de chaleur) Octobre : (6 semaines après l’épisode)

2°) Réponse des différents génotypes face au réchauffement : Densité de ramets par sous-bassin Ambiant Chauffé Génotype Juillet : (Avant l’épisode de chaleur) Septembre : (Fin de l’épisode de chaleur) Octobre : (6 semaines après l’épisode)

Biais de l’étude en mésocosme:  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

Quel pourrait être l’impact de la température ?  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 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.

Mécanismes possibles Complémentarité: Processus évolutifs: .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. 2008 Stachowicz et al. 2007

Dangers potentiels Effet sélectif : Effet cascade: 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.

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