Tesis sobre el tema "Sources hydrothermales peu profondes"

L’océan Pacifique Sud-Ouest a été identifié comme un point chaud de fixation de diazote (N2) par les organismes diazotrophes, arborant des taux de fixation parmi les plus élevés des océans du globe. Le succès de ces espèces repose sur les concentrations non limitantes en fer dissous (DFe) dans la couche photique de la région, dont l’origine demeure méconnue. Dans le cadre de ce travail de thèse, la distribution du DFe a été étudiée le long d’un transect de 6100 km, allant de Nouméa jusqu’aux eaux de la gyre et traversant le Bassin de Lau et l’Arc des Tonga (175 °E à 166 °W, le long de 19–21 °S). Combinées avec une analyse optimale multiparamétrique des masses d’eau, les anomalies de DFe ont été déterminées sur la zone du transect, les plus notables étant présentes le long de l’Arc des Tonga. Les résultats ont démontré que les masses d’eau d’origine lointaine alimentant le Bassin de Lau ne peuvent expliquer les concentrations observées en surface dans cette région, permettant de conclure avec certitude que le DFe provient de sources hydrothermales peu profondes présentes le long de l’arc. Bien qu’une portion non négligeable de cet apport de DFe soit transportée sur de longues distances, une large majorité est rapidement éliminée à proximité des sources sous l’action de divers processus mis en lumière à l’aide d’un modèle en boîte. Outre le fer, les fluides hydrothermaux sont enrichis en de nombreux autres métaux susceptibles d’être toxiques pour les organismes. Ces fluides, directement introduits dans la couche photique, pourraient impacter le phytoplancton. Leur effet a été évalué lors d’une expérience innovante pendant laquelle des communautés planctoniques naturelles ont été soumises à un gradient d’enrichissement en fluides hydrothermaux. Malgré un effet toxique initial de quelques jours, les apports hydrothermaux ont finalement induit des taux de fixation de N2, de productivité et d’export de matière organique deux à trois fois plus élevés que dans le contrôle non enrichi. Cet effet fertilisant résulte probablement de la détoxification de l’environnement, riche en de nombreux éléments potentiellement toxiques, par des écotypes résistants capables de produire des ligands forts, les thiols, limitant la biodisponibilité de certains métaux. L’apport additionnel d’éléments fertilisants par les fluides, en particulier le DFe, a ainsi permis la croissance ultérieure des espèces les plus sensibles. Ces résultats expérimentaux, reproduisant fidèlement les observations in-situ, confirment l’implication des fluides hydrothermaux peu profonds dans la forte productivité observée dans la région. Les sources hydrothermales ont pu être tracées à différentes échelles spatiales et temporelles par le déploiement de pièges à sédiments dérivants (durant quelques jours, le long de l’Arc des Tonga) et fixe (durant une année, le long de la dorsale de Lau) et par le carottage des sédiments du fond marin aux sites de déploiement des pièges (échelle de temps géologique). Le traçage Al-Fe-Mn a révélé que le matériel lithogénique exporté à petite et large échelle spatiale dans la région provenait de sources hydrothermales peu profondes et/ou profondes localisées le long de l’Arc des Tonga. Cette empreinte hydrothermale a également été détectée dans les sédiments, notamment à proximité de la dorsale de Lau où la présence d’une importante source active est fortement suspectée. Finalement, les dynamiques similaires observées pour l’export de particules d’origine biologique et hydrothermale suggèrent que la production de surface serait liée aux apports hydrothermaux dans la couche photique. En conclusion, ce travail de thèse a démontré l’impact de sources hydrothermales peu profondes sur le cycle des éléments traces, notamment du fer, dans la colonne d’eau et les sédiments, ainsi que leur lien avec la productivité biologique dans la région du Pacifique Sud-Ouest
The Western Tropical South Pacific Ocean has been identified as a hotspot for dinitrogen (N2) fixation by diazotrophic organisms, with some of the highest rates recorded in the global ocean. The success of these species relies on non-limiting concentrations of dissolved iron (DFe) in the photic layer of the region, whose origin remains unclear. In this thesis work, the distribution of DFe was studied along a 6100-km transect from Noumea to the gyre waters, crossing the Lau Basin and the Tonga Arc (175°E to 166°W, along 19-21°S). Combined with an optimal multiparametric water mass analysis, DFe anomalies were determined over the transect area, the most notable being present along the Tonga Arc. The results demonstrated that water masses of remote origin entering the Lau Basin could not explain the concentrations observed at the surface in this region, leading to the confident conclusion that DFe originates from shallow hydrothermal sources present along the arc. Although a non-negligeable portion of this DFe input is transported over long distances, a large majority is rapidly removed near the sources through a variety of processes highlighted by a box model. Besides iron, hydrothermal fluids are enriched in numerous other metals that may be toxic to organisms. These fluids, introduced directly into the photic layer, could have an impact on phytoplankton. Their effect was evaluated in an innovative experiment during which natural plankton communities were subjected to an enrichment gradient of hydrothermal fluids. Despite an initial toxic effect of a few days, hydrothermal inputs ultimately induced N2 fixation, productivity and organic matter export rates two to three times higher than those of the non-enriched control. This fertilizing effect probably results from the detoxification of the environment, rich in numerous potentially toxic elements, by resistant ecotypes able to produce strong ligands, such as thiols, limiting the bioavailability of certain metals. The additional supply of fertilizing elements by the fluids, in particular DFe, thus allowed the subsequent growth of the most sensitive species. These experimental results, faithfully reproducing the in-situ observations, confirm the involvement of shallow hydrothermal fluids in the high productivity observed in the region. Hydrothermal sources could be traced at different spatial and temporal scales through the deployment of drifting (for a few days, along the Tonga Arc) and fixed (for a year, along the Lau Ridge) sediment traps and through the coring of seafloor sediments at the trap deployment sites (geological time scale). Al-Fe-Mn tracing revealed that the lithogenic material exported at small and large spatial scales in the region originated from shallow and/or deep hydrothermal sources located along the Tonga Arc. This hydrothermal signature has also been detected in the seafloor sediments, particularly in the vicinity of the Lau Ridge where the presence of a major active source is strongly suspected. Finally, the similar patterns observed for the export of biological and hydrothermal particles suggest that surface production is closely linked to hydrothermal inputs into the photic layer. In conclusion, this thesis work has demonstrated the influence of shallow hydrothermal sources on the fate of trace elements, particularly iron, in the water column and seafloor sediments, and their link to biological productivity in the Western Tropical South Pacific region

Les sources hydrothermales profondes sont des édifices géologiques formés par l’infiltration d’eau de mer dans la croûte océanique, formant un fluide chaud (>400 °C), riche en métaux qui précipite pour former des cheminées dans lesquelles circulent un courant électrique. Les travaux de recherche présentés ici avaient pour objectif de révéler la présence de microorganismes capable de participer à la production de ce courant électrique ou d’utiliser cette électricité pour vivre au sein de ces cheminées électriquement conductrices. Nous nous sommes focalisés sur les microorganismes capables de survivre à haute température (entre 60 et 95°C). Différentes communautés microbienne en interaction et électroactives ont pu être cultivées permettant de poser des hypothèses crédibles quant à la colonisation primaire de ces environnements extrêmes. Ces hypothèses pourraient également s’appliquer aux théories d’origine de la vie en contexte hydrothermal
Deep hydrothermal vents are geologic structures formed by the infiltration of seawater into the oceanic crust, forming a hot metal-rich fluid (> 400 ° C) that precipitates to form chimneys in which an electric current flows. The purpose of the research presented here was to reveal the presence of microorganisms capable of participating in the production of this electric current or of using this electricity to live within these electrically conductive chimneys. We focused on microorganisms able to survive at high temperatures (between 60 and 95 ° C). Different interacting and electroactive microbial communities have been cultivated, allowing the building of credible hypotheses about the primary colonization of these extreme environments. These hypotheses could also be applied to theories of origin of life in a hydrothermal context

Les sources hydrothermales profondes sont des édifices géologiques formés par l’infiltration d’eau de mer dans la croûte océanique, formant un fluide chaud (>400 °C), riche en métaux qui précipite pour former des cheminées dans lesquelles circulent un courant électrique. Les travaux de recherche présentés ici avaient pour objectif de révéler la présence de microorganismes capable de participer à la production de ce courant électrique ou d’utiliser cette électricité pour vivre au sein de ces cheminées électriquement conductrices. Nous nous sommes focalisés sur les microorganismes capables de survivre à haute température (entre 60 et 95°C). Différentes communautés microbienne en interaction et électroactives ont pu être cultivées permettant de poser des hypothèses crédibles quant à la colonisation primaire de ces environnements extrêmes. Ces hypothèses pourraient également s’appliquer aux théories d’origine de la vie en contexte hydrothermal
Deep hydrothermal vents are geologic structures formed by the infiltration of seawater into the oceanic crust, forming a hot metal-rich fluid (> 400 ° C) that precipitates to form chimneys in which an electric current flows. The purpose of the research presented here was to reveal the presence of microorganisms capable of participating in the production of this electric current or of using this electricity to live within these electrically conductive chimneys. We focused on microorganisms able to survive at high temperatures (between 60 and 95 ° C). Different interacting and electroactive microbial communities have been cultivated, allowing the building of credible hypotheses about the primary colonization of these extreme environments. These hypotheses could also be applied to theories of origin of life in a hydrothermal context

Nos connaissances sur la diversité virale associée aux micro-organismes présents dans les sources hydrothermales océaniques profondes restent encore limitées. Seules quelques études concernant l’abondance virale et l’impact de ceux-ci sur la mortalité microbienne dans ces écosystèmes sont disponibles. En effet, seuls 6 bactériovirus et 2 archéovirus provenant de ces écosystèmes ont été caractérisés à l’heure actuelle. Les deux archéovirus infectent des archées anaérobies hyperthermophiles appartenant à l’ordre des Thermococcales et ont été décrits au laboratoire.Afin d’étendre nos connaissances sur la diversité virale associée aux micro-organismes colonisant ces environnements, il a été décidé d’élargir les recherches à l’ordre bactérien des Thermotogales. Cet ordre bactérien est composé de bactéries chimio-organotrophes anaérobies en majorité thermophiles ou hyperthermophiles. De nombreux transferts latéraux de gènes ont contribué à l’histoire évolutive des Thermotogales supposant une forte implication des virus dans celle-ci. Ces travaux de thèse ont permis la caractérisation fonctionnelle et génomique de deux nouveaux siphovirus, MCV1 et MCV2, infectant deux souches de Marinitoga camini. Ces souches ont été isolées de deux sites hydrothermaux profonds (Menez Gwen et Lucky Strike) au niveau de la dorsale médio-atlantique. Ces virus mettent en oeuvre un cycle lysogénique avec une production basale sans induction relativement haute (>107 virions/ml). Une comparaison de ces deux génomes viraux à celui de MPV1, virus précédemment isolé de Marinitoga piezophila, a été réalisée, révélant la présence de nombreuses similarités. Un core genome de 35 ORFs partagé par ces trois génomes a été identifié, incluant des protéines impliquées dans le métabolisme de l’ADN, l’assemblage des virions et le cycle lysogénique. Des protéines hypothétiques ont aussi été identifiées parmi ces gènes communs, elles portent donc probablement des fonctions importantes pour ces bactériovirus. Par ailleurs, 60% des gènes de ces virus ayant une correspondance dans les bases de données, après exclusion des Thermotogales, partagent des similarités avec lesFirmicutes et les bactériovirus qui leurs sont associés. Le génome d’une autre Thermotogales, Thermosipho sp. AT1244-VC14 a été étudié ainsi que son système CRISPR-cas. Ces résultats indiquent que cette souche, qui porte un système CRISPR-cas qui semble complet et fonctionnel, a probablement déjà été infectée par MCV1, MCV2 ou un virus similaire. Ces travaux permettent d’étendre nos connaissances sur les virus portés par les bactéries du phylum Thermotogae, encore peu décrits à ce jour. Les éléments génétiques mobiles associés à ce phylum sont particulièrement intéressants car ils ont probablement eu un impact important dans l’évolution de ces communautés microbiennes ainsi que dans leur adaptation aux conditions physico-chimiques extrêmes et fluctuantes présentes dans les écosystèmes qu’elles colonisent
Our knowledge of the viral diversity associated to microorganisms inhabiting the deep-sea hydrothermal vents is still limited. Only a few studies have focused on viral abundance and impact on microbial mortality within these ecosystems. A limited number of viruses (6 bacterioviruses and 2 archaeoviruses) were isolated from these environments and characterized. Two viruses associated to hyperthermophilic anaerobic Archaea, from the Thermococcales order, have been described in our laboratory. In order to deepen our knowledge on the viral diversity of these extreme environments, we have extended our investigation to the bacterial order of Thermotogales. This order is composed of anaerobic chemoorganotrophic bacteria that are, for the most part, hyper/thermophilic. Numerous lateral gene transfers have contributed to the evolutionary history of the Thermotogales, implying the potential involvement of viruses. Here, we will report the characterization of two new siphoviruses MCV1 and MCV2 that infect two strains of Marinitoga camini. Those bacterial strains were isolated from two deep-sea hydrothermal vents sites (Menez Gwen and Lucky strike) in the Mid Atlantic Ridge. These viruses are temperate with a high basal production of virions (>107 virions/mL). Comparative genomics with MPV1, a virus isolated from M. piezophila, was performed and show that those bacterioviruses share numerous similarities. A set of “core genes” shared by all these three viruses was identified and includes proteins involved in DNA metabolism, head and tail assembly and lysogenic cycle. Shared hypothetical proteins were also identified, suggesting that these unknown proteins probably provide important functions for these viruses. Interestingly, for genes with blastp matches in Genbank, over 60% have their top matches, outside the Thermotoga, to genes from Firmicutes and bacterioviruses associated to Firmicutes. We also analyzed the genome of Thermosipho sp. 1244 and studied his CRISPR-cas system. Our results indicated that thisThermosipho strain, with a complete and functional CRISPR-cas system, had already been infected by MCV1, MCV2 or a similar virus. The analyses presented here extend our knowledges about these newly discovered viruses in the deeply branching bacterial phylum Thermotogae. This bacterial order and associated mobile genetic elements are significant for addressing long-term evolutionary adaptation to fluctuant and extreme physicochemical conditions

Les virus représentent un énorme réservoir en termes de biodiversité. Parmi les 5550 virus de procaryotes connus à ce jour, seulement une soixantaine de virus d’Archaea ont été isolés et décrits. Ces derniers sont répartis en 8 nouvelles familles. A ce jour, une seule particule de type viral a été isolée d’une euryarchée hyperthermophile marine, il s’agit de PAVI isolé de Pyrococcus abyssi. Mon travail de thèse a consisté à rechercher et à caractériser de nouveaux virus isolés deuryarchées hyperthermophiles appartenant à l’ordre des Thermococcales. Cet ordre est composé de micro-organismes anaérobies et hétérotrophes métabolisant le soufre. Nous avons ainsi pu mettre en évidence un nouveau virus dont l’hôte est une nouvelle espèce de Thermococcus, isolée d’une cheminée hydrothermale collectée sur la dorsale Est-Pacifique à 2700 mètres de profondeur. Une première étude a conduit à la caractérisation de cette nouvelle souche: T. Prieurii sp. Nov (article soumis). Le virus porté par T. Prieurii, TPV1, a la forme d’un citron (140 nm x 80 nm) et ressemble aux Fusellovirus. Par la mise au point d’une méthode originale, dérivée des «spots tests », nous avons prouvé le caractère infectieux de TPV1 et mis en évidence une gamme d’h6tes. Le génome de TPV1 est constitué d’un ADN double brin circulaire de 21,5 kb. également présent sous une forme extra- chromosomique (20 copies par cellule). 12 ORFs ont pu être annotés. Ce virus qui n’est pas encore classé pourrait nécessiter la création d’une nouvelle famille virale
Recent studies have revealed that viruses represent a large part of the biodiversity in natural environments suggesting that they participate to the diversity within organisms. Viruses infecting prokaryotes (Bacteria and Archaea) constitute the largest & ail viral groups. However, our knowledge of viruses of Archaea is rather limited with less than 60 archaeal viruses well described to date. Viruses of Archaea are classified in 8 new viral familles. To date, only one virus like-particle was isolated from a hyperthermophilic marine euryarchaeote: PAV1 isolated from Pyrococcus abyssi. During my PhD work, I have screened and characterized new viruses from the Thermococcales order. We found a new virus in a strain of Thermococcus sp, isolated from a hydrothermal chimney sample collected from the East pacific Rise at 2700 m depth. The first study led to the characterization of Thermococcus prieurii sp. Nov which is hyperthermophile, strictly anaerobe, and chemoorganotroph. The virus isolated from Thermococcus prieurii, named TPV1, is lemon-shaped (140 nm x 80 nm) and resembles to members of the Fuselloviridae family. The infectious character of TPV1 was proved by using an original method derived from the spot tests, and its host range was established. TPVI particles contain a double-stranded circular DNA of 21. 5 kb which is present in a free form in the host cytoplasm, at approximately 20 copies per chromosome. This genome was totally sequenced and 26 ORFs were identified. 12 ORFs were annotated. This virus s not yet classified and should be attached to a novel viral family

Le but de cette thèse est d'étudier deux types de collagène cuticulaire et interstitiel chez des annélides et des vestimentifères des sources hydrothermales et des suintements froids. Après un premier chapitre de rappels sur les collagènes en général et des collagènes des invertébrés et des organismes des sources hydrothermales en particulier et un second chapitre récapitulant les matériels et les méthodes utilisées au cours de ce travail, nos résultats sont exposés en cinq parties. La première partie précise les caractéristiques ultrastructurales de la cuticule d'annelides et de vestimentifères et fait le point sur les données obtenues chez les espèces côtières et hydrothermales. Pour la première fois le collagène est localisé dans la cuticule et l'assemblage de ce collagène cuticulaire est analyse in situ et in vitro. La seconde partie est centrée sur les caractéristiques immunologiques des collagènes interstitiels et cuticulaires dans le corps des organismes. La localisation spécifique du collagène est réalisée chez différentes espèces et étendue aux deux types de collagène cuticulaire et interstitiel. L'analyse de leurs réactions croisées nous permet d'aborder la question de la proximité évolutive de ces collagènes. L'abondance de collagène interstitiel dans l'obturaculum de riftia pachyptila nous a conduit à analyser en détail la structure de cette matrice extracellulaire. Cette troisième partie nous permet de préciser la variabilité de ces caractéristiques chez les vestimentifères des sources hydrothermales et des suintements froids. La diversité biochimique de ces collagènes est analysée dans la quatrième partie à partir de la méthode de matsumura (1972) et l'ensemble des résultats obtenus sont discutés dans la dernière partie

L'environnement hydrothermal profond est hostile à la vie. Seuls les organismes qui ont développé des protections robustes ont pu y prospérer. L'étude de la matrice chitino-protéique du tube de Riftia pachyptila est la première étape de la compréhension des mécanismes d'adaptation de ces animaux. Afin de mieux connaître les processus de synthèse et de maturation de cet exosquelette, une étude de la composition qualitative et quantitative des composants principaux a été menée sur du tube mature et néo-synthétisé en aquariums pressurés. Elle a permis de montrer que les quantités de protéines et de chitine sont deux fois plus faibles dans le tube frais que dans le tube mature et que des variations de la nature des protéines s'observent tout au long de la hauteur du tube. L'obtention de microséquences peptidiques de protéines de tubes a autorisé le clonage des ADNc complets de deux polypeptides. La première protéine, appelée RP43, est constituée de trois domaines CUB et pourrait être impliquée dans les interactions avec les glycoprotéines du tube de R. Pachyptila. La seconde nommée RCBP, possède deux domaines de liaison à la chitine qui se sont révélés fonctionnels in vitro. RCBP est de plus la première protéine spécifique de la chitine ß et semble une bonne candidate pour les interactions directes avec la chitine beta du tube de R. Pachyptila. La localisation des transcrits de ces deux protéines dans différentes régions de l'épiderme de l'animal a également montré que ces protéines du tube n'étaient pas sécrétées par les glandes productrices de chitine. Cette étude ouvre de nouvelles vues sur la morphogenèse du tube de R. Pachyptila et doit permettre de caractériser des fonctions ou domaines nouveaux chez les protéines de la matrice extracellulaire de cet animal, confirmant l'intérêt de ce modèle pour une meilleure connaissance de la faune de l'écosystème hydrothermal ainsi que pour la compréhension des interactions moléculaires dans les exosquelettes.

299 bacteries heterotrophes ont ete isolees sur des milieux additionnes de metaux. Ces bacteries, qui colonisent l'epiderme et le tube des alvinellidae preleves sur un site hydrothermal du 13#on (dorsale du pacifique oriental), ont ete identifiees comme membres des genres pseudomonas, alteromonas et vibrio. La determination de leur cmi a montre que 92,3% d'entre elles sont resistantes a au moins un des metaux testes et que 57% sont resistantes a plus d'un metal. La capacite de 40 d'entre elles a accumuler les metaux a ete demontree. Une fraction de ces bacteries (19,1%) contient un a cinq plasmides dont les tailles s'echelonnent de 4,6 a 156,9 kb. Les bacteries concernees presentent de fortes resistances pour les metaux testes, et en particulier pour l'arseniate. Elles sont de plus pour la plupart resistances a la penicilinne et au chloramphenicol. Le plasmide le plus frequemment rencontre (45,3 kb) determine la resistance a l'arsenite et a l'arseniate. Ces resistances sont inductibles par chacun de ces composes. La resistance a l'arsenic est egalement inductible chez les souches partiellement curees, ce qui suggere que les plasmides remanents ainsi qu'un ou des genes d'origine chromosomique seraient impliques dans ce mecanisme, l'ensemble des caracteristiques mises en evidence montre l'adaptation de ces micro-organismes a un environnement enrichi en matiere organique et contenant de fortes concentrations en metaux. Leur capacite a accumuler les metaux les rend susceptibles de contribuer au transfert de ces elements toxiques du milieu exterieur vers les cellules epidermiques des polychetes

Nos connaissances de la diversité des communautés microbiennes marines ont longtemps été restreintes aux informations précieuses, mais incomplètes, issues de l’utilisation de méthodes de culture. Lors de cette étude, des techniques moléculaires (PCR, clonage, séquençage, hybridation, construction d’une banque métagénomique) et des marqueurs génétiques [ARNr 16S, gènes codants pour des enzymes spécifiques de la voie inverse du cycle tricarboxylique (acIB, oorA)] ont été utilisés pour contourner les limites inhérentes aux méthodes de culture et accéder à la diversité spécifique ainsi qu’aux fonctions des micro-organismes incultivés des sources hydrothermales profondes. Ce travail de recherche a permis de : -confirmer l’importance écologique des epsilon-Proteobacteria dans l’écosystème hydrothermal profond, notamment dans les processus de colonisation de surfaces vierges exposées aux fluides hydrothermaux. – de mettre au point une sonde oligonucléotidique spécifique des epsilon-Proteobacteria permettant de les quantifier et de les observer dans un échantillon environnemental. – de montrer la présence de bactéries Arcobacter-like vraisemblablement sulfo-oxydantes et qui seraient impliquées dans la formation d’un biofilm filamenteux contenant essentiellement du soufre. – Et d’obtenir via l’approche métagénomique, les premiers fragments génomiques d’Archea incultivées hydrothermales. Grâce à l’utilisation combinée de différentes approches moléculaires, ce travail a apporté un nouvel éclairage sur la diversité des communautés microbiennes de l’écosystème hydrothermal marin profond
Our knowledge of the diversity of marine microbial communities has long been restricted to the precious but incomplete information generated by the culture-based methods. In this study, molecular techniques (PCR, cloning, sequencing, hybridization, metagenomics library construction and genetic markers [16S rRNA, genes coding for enzymes specific to the reverse tricarboxylic acid cycle (acIB, oorA)] were used to circumvent the limits inherent to cultivation methods, and to obtain a more realistic view of the specific and functional diversity of the deep-sea hydrothermal vent microbial communities. This research allowed (i) to confirm the ecological significance of free-living epsilon-Proteobacteria at deep-sea hydrothermal vents, especially during in-situ colonization experiments (this study provides the first example of the prevalence and ecological significance of free-living Arcobacter-like at deep-sea hydrothermal vents, which are supposed to be sulfo-oxidizing bacteria involved in filamentous sulphur formation, (ii) to design and validate a 16S rRNA oligonucleotide probe targeting most of the epsilon-Proteobacteria found in hydrothermal systems, (iii) to obtain the physiology of yet uncultured groups of archea from deep-sea hydrothermal vents using metagenomics. By the combined use of variety of molecular approaches this work enlarges our view of the diversity of microbial communities in deep-sea hydrothermal vents

Notre connaissance de la diversité virale associée aux microorganismes procaryotiques issus des sources hydrothermales océaniques profondes demeure encore limitée. Peu d’études se sont intéressées à l’abondance virale ou à l’impact des virus sur la mortalité microbienne au sein de ces écosystèmes. Le nombre de virus caractérisés, issus de ces environnements, reste faible. Deux virus, PAV1 et TPV1, associés à des archées hyperthermophiles anaérobies appartenant à l’ordre des Thermococcales ont été décrits dans notre laboratoire. Afin de poursuivre nos recherches sur la diversité virale infectant les microorganismes hydrothermaux marins, l’ordre bactérien des Thermotogales a été ciblé. Cet ordre est composé de bactéries chimioorganotrophes anaérobies pour la plupart hyper/thermophiles. Elles partagent la même niche écologique que les Thermococcales et sont métaboliquement proches. De nombreux transferts latéraux de gènes ont, par ailleurs, contribué à l’histoire évolutive des Thermotogales, subodorant l’implication potentielle de virus. La présence de séquences CRISPR a également été rapportée au sein de plusieurs génomes de Thermotogales, suggérant que les Thermotogales sont ou ont certainement déjà été exposées à des infections virales. Pour autant, à ce jour, les seuls éléments génétiques mobiles à avoir réellement été décrits chez les Thermotogales sont 3 miniplasmides et aucun virus. Une cinquantaine de souches de Thermotogales provenant majoritairement de la collection de notre laboratoire (Souchothèque de Bretagne et Collection Ifremer) a été passée au crible quant à la présence d’éventuels bactériovirus associés. A l’issue de ce criblage, des éléments à ADN extra-chromosomiques, incluant 2 plasmides et 7 bactériovirus (du type Siphoviridae) ont été découverts au sein de souches appartenant aux genres Thermosipho et Marnitoga. Des analyses préliminaires ont été réalisées sur ces différents éléments et l’un des nouveaux systèmes hôte/virus a été caractérisé en détail. MPV1 (Marinitoga piezophila virus 1) est un siphovirus-like tempéré isolé d’une bactérie piezophile, il constitue le premier bactériovirus associé à l’ordre des Thermotogales. La souche hôte est piezophile mais aisément cultivable à pression atmosphérique au terme de plusieurs repiquages. Si l’essentiel des analyses a été mené à pression atmosphérique, la production virale s’est avérée tout à fait effective à pression hydrostatique. Nous avons réalisé les analyses de la séquence complète du génome MPV1 (43,7 kb, extrait des capsides virales purifiées) et sa comparaison avec le provirus présent au sein du génome séquencé de Marinitoga piezophila KA3. Les analyses de ce génome viral ont suggéré une proximité évolutive de MPV1 avec les bactériovirus de Firmicutes. Nous avons également mis en évidence que le bactériovirus partage son hôte avec un élément génétique extra chromosomique circulaire de 13,3 kb (pMP1). Ce « ménage à 3 » est surprenant dans le sens où l’élément de 13,3 kb, contenant 13 ORF de fonctions majoritairement inconnues, utilise les capsides virales afin de se propager. Ceci pourrait, ainsi, illustrer un nouvel exemple de piratage moléculaire
Our knowledge of the viral diversity associated to procaryotic microorganisms inhabiting the deep sea hydrothermal vents is still limited. Only few studies have focused on viral abundance and impact on microbial mortality within these ecosystems. A limited number of viruses from these environments were isolated and characterized. Two viruses, PAV1 and TPV1, associated to hyperthermophilic anaerobic Archaea, Thermococcales order, have ever been described in our laboratory. The topic of this phD thesis was to extend our investigation to other deep sea vent microorganisms in order to deepen our knowledge on the marine hydrothermal virosphere. We decided to focus more precisely on the bacterial order of Thermotogales. This order is composed of anaerobic chemoorganotrophic bacteria that are, for almost, hyper/thermophilic. They share the same ecological niche as the Thermococcales and are metabolically close. Numerous lateral gene transfers have contributed to the evolutionary history of the Thermotogales, implying the potential involvement of viruses. The presence of CRISPRs has also been reported in many genomes, suggesting that Thermotogales certainly are or have been exposed to viral infections. However, up till now, only 3 miniplasmids have been described within Thermotogales and no viruses. Fifty strains of Thermotogales, mostly from the LM2E culture collection (Ifremer and “UBOCC”), were screened for the presence of potential bacteriovirus. Extrachromosomal DNA elements, including 2 plasmids and 7 bacterioviruses (siphovirus-like), were discovered amongst strains belonging to both Thermosipho and Marinitoga genera. Preliminary studies were performed on these elements and one of the new virus-host systems was characterized in details. MPV1 (Marinitoga piezophila virus 1) is a temperate siphovirus-like isolated from a piezophilic bacterium, it is the first bacteriovirus associated to the Thermotogales order. This host strain is piezophilic but easily cultivable at atmospheric pressure after several subcultures. Whether most experiments were performed at atmospheric pressure, the viral production appeared to be effective at hydrostatic pressure. We reported the analyses of the complete sequence of the MPV1 genome (43.7 kb, extracted from purified virions) and its comparison to the provirus present in the sequenced genome of Marinitoga piezophila KA3. Analyses of the viral genome suggested a close evolutionary relationship of MPV1 to Firmicutes bacterioviruses .We also reported that this bacteriovirus shares its host with a circular extrachromosomal genetic element of 13.3 kb (pMP1). This ‘ménage à trois’ is surprising in the sense where the 13.3kb element, that contains 13 ORFs of mostly unknown function, uses the viral capsid to propagate. Therefore, it would likely correspond to a new example of molecular piracy

L’étude de communautés microbiennes de sources hydrothermales profondes de la dorsale medio-atlantique et de réservoirs pétroliers du bassin parisien a été entreprise par des approches culturales et moléculaires. Ces approches ont consisté d'une part en une analyse directe des ARNr 16S par amplification et hybridation in situ, d'autre part dans l'enrichissement de différents types métaboliques à haute température, et enfin dans la caractérisation de souches isolées d'environnements hydrothermaux. Des séquences d'archaea méthanogènes, halophiles ou hyperthermophiles affiliées aux méthanosarcinales ou aux thermococcales ont été détectées dans deux échantillons d'eau de production. Les séquences de bacteria étaient associées à des thermotogales, des proteobacteria delta et des firmicutes à bas G+C% généralement impliqués dans des processus thermophiles et mésophiles de sulfato- ou thiosulfato-reduction. Des séquences associées au genre arcobacter pouvant intervenir dans le cycle des composés soufrés au sein du réservoir ont également été détectées. Enfin des séquences associées au genre herbaspirillum ont été observées mais proviennent probablement d'une contamination du réservoir. Au sein des fluides hydrothermaux, des enrichissements de différents types métaboliques associés au métabolisme du soufre et du méthane ont été positifs à 65 et 80°C. Une grande diversité de séquences a par ailleurs été observée. Les proteobacteria epsilon dominent généralement les banques de séquences bactériennes et sont détectées en forte proportion par hybridation in situ avec les desulfurobacteriales. Des séquences d'archaea (thermococcales, methanococcales et archaeoglobales) ont également été détectées. L’utilisation combinée de méthodes moléculaires et culturales nous a permis de dépasser les limitations inhérentes à chacune de ces méthodes et de proposer une image des relations s'établissant entre les différentes communautés de micro-organismes présents dans ces deux environnements.

Nous etudions dans cette these differentes lois de conservation hyperboliques associees a la modelisation des ecoulements en eaux peu profondes.
Nous nous consacrons d'abord a l'analyse numerique du systeme de Saint-Venant avec termes sources. Nous presentons un schema volumes finis bidimensionnel d'ordre 2, conservatif et consistant, qui s'appuie sur une interpretation cinetique du systeme et une methode de reconstruction hydrostatique des variables aux interfaces. Ce schema preserve la positivite de la hauteur d'eau et l'etat stationnaire associe au lac au repos.
Nous etendons ensuite l'interpretation cinetique au couplage du systeme avec une equation de transport. Nous construisons un schema volumes finis a deux pas de temps, qui permet de prendre en compte les differentes vitesses de propagation de l'information presentes dans le probleme. Cette approche preserve les proprietes de stabilite du systeme et reduit sensiblement la diffusion numerique et les temps de calcul.
Nous proposons egalement un nouveau modele de Saint-Venant multicouche, qui permet de retrouver des profils de vitesse non constants, tout en preservant le caractere invariant et bidimensionnel du domaine de definition. Nous presentons sa derivation a partir des equations de Navier-Stokes et une etude de stabilite - energie, hyperbolicite. Nous etudions egalement ses relations avec d'autres modeles fluides et sa mise en oeuvre numerique, la encore basee sur l'utilisation des schemas cinetiques.
Enfin nous etablissons un theoreme d'unicite pour les lois de conservation scalaires avec flux discontinus. La preuve est basee sur l'utilisation d'une nouvelle famille d'entropies, qui constituent une adaptation naturelle des entropies de Kruzkov classiques au cas discontinu. Cette methode permet de lever certaines hypotheses classiques sur le flux - convexite, existence de bornes BV, nombre fini de discontinuites - et ne necessite pas l'introduction d'une condition d'interface.

Le premier virus hyperthermophile issu d'une source hydrothermale marine profonde, PAV1, a été isolé dans notre laboratoire. Il infecte l'archée Pyrococcus abyssi et possède une morphologie de citron. Son génome est un ADN double brin circulaire de 18,1 kpb. Dans le cadre de cette thèse, nous avons d'abord étudié son génome. Il est présent à fort nombre de copies dans la cellule et ne comporte pas de méthylations de type dam ou dcm. Sa topologie consiste en un léger surenroulement négatif dans son hôte. Les 25 gènes prédits sont transcrits en six ARNm majoritairement polycistroniques et l'un deux recouvre 75 % du génome viral. Puis, nous nous sommes intéressés à deux protéines de PAV1. Pour la protéine 899, nous avons cherché à mettre en évidence son implication potentielle dans le métabolisme de l'ADN viral. Par ailleurs, nous avons montré que la protéine 121 est ine des protéines majoritaires du virus. Nous avons ensuite initié une recherche de nouveaux virus infectant les archées de l'ordre des Thermococcales dans l'environnement hydrothermal abyssal. Des observations réalisées en microscopie électronique à transmission ont permis de découvrir sur des cultures d'enrichissement une diversité vitale insoupçonnée. Après un criblage sur 120 couches de Thermococcales, nous avons découvert une souche piézophile nommée KAZA, appartenant à l'espèce archéenne Thermococcus barophilus, qui produit des particules de type viral " piezo-dépendantes "
PAV1, discovered in our lab, is the first hyperthermophilic virus isolated from a deep-sea vent. It is lemon-shaped and infects the archea Pyroccoccus abyssi. Its genome is a double stranded DNA of 18. 1 kbp. Here we report the molecular analysis of this virus. First, we studied PAV1 genome. We proved it is high copy number (about 70 copies per chromosome) and slightly negatively supercoiled in its host. As the archeal chromosome, viral DNA is not dam or dcm methylated. All 25 predicted genes are transcribed in six mRNAs in majority polycistronic and the larger one covers 75 % of genome. Then, we tried to show that protein 899 could be involved in viral DNA metabolism and we identified protein 121 as one of the majority protein. The last part of this study aimed to discover new viruses infecting archaea from the order Thermococcales in deep-sea environment. Observations realized with transmission electronic microscope on enrichment cultures revealed an unexpected viral diversity. Then, a screening was realized one about 120 Thermococcales strains and we discovered a piezophilic strain named KAZA from specie Thermococcus barophilus which produces “piezo-dependanr” virus-like particles

Nos connaissances de la diversité des communautés microbiennes marines ont longtemps été restreintes aux informations précieuses, mais incomplètes, issues de l'utilisation de méthodes de culture. Lors de cette étude, des techniques moléculaires (PCR, RT-PCR, clonage, séquençage, hybridation) et des marqueurs génétiques [ARNr 16S, gènes codant pour des enzymes spécifiques de différentes voies métaboliques (mcr A, pmo A, dsrAB)] ont été utilisés pour contourner les limites inhérentes aux méthodes de culture et accéder à une vision plus réaliste de la diversité spécifique et fonctionnelle de communautés microbiennes hydrothermales. Ce travail de recherche a permis (i) de mettre en évidence une grande diversité de séquences d'ADNr 16S archaéens et bactériens, et de montrer l 'existence de variations dans la composition des communautés archaennes à l'échelle d'une source et d'un champ hydrothermal , (ii) de découvrir de nouvelles lignées microbiennes, quelles que soient les marqueurs génétiques utilisées, et d'étudier la diversité phylogénétique et la distribution géographique d'une d'entre elles, (iii) de développer et valider des sondes oligonucléotidiques ciblant l'ARNr 16 S d'archaea fréquemment rencontrées sans des systèmes hydrothermaux, et (iv) d'identifier les archaea les plus actives d'une communauté microbienne associée à un échantillon hydrothermal. Grâce à l'utilisation combinée de différentes approches moléculaires, ce travail élargit notre vision de la diversité des communautés microbiennes de l'écosystème hydrothermal marin profond
Our knowledge of the diversity of marine microbial communities has long been restricted to the precious but incomplete informations generated by the culture-based methods. In this study, molecular techniques (PCR, RT-PCR, cloning, sequencing, hybridization) and genetic markers [16S rRNA, genes coding for enzymes specific of diverse metabolic pathways (mcr A, pmo A, dsrAB)] were used to circumvent the limits inherent to cultivation methods ant to get a more realistic view of the specific and functional diversity of the deep-sea hydrothermal vent microbial communities. This research allowed (i) to reveal a wide diversity af archaeal and bacterial 16S rRNA, and to show the existence of variations in the archaeal coomunity composition at the hydrothermal site and hydrothermal field scales, (ii) to discover new microbial lineages whatever the genetic markers used, and to study the phylogenetic diversity and geopgraphic distribution of one of them (iii) to develop and validate 16S rRNA oligonucleotide probes targeting Archaea frequently found in hydrothermal systems, and (iv) to identify the most active Archaea of a microbial community associated with an hydrothermal sample. By the combined use of diverse molecular approaches, this work enlarges our view of the diversity of microbial communities in deep-sea hydrothermal vents

Une étude sur la distribution et l'évolution des communautés des sources hydrothermales profondes de la dorsale du pacifique oriental à 13°Non a été entreprise à partir des prélèvements et des données iconographiques obtenus au cours de 3 campagnes. Le peuplement se subdivise en 6 unités et se repartit en 3 grands groupes spatio-temporels d'espèces. Un modèle de succession spatio-temporelle de la mégafaune est propose à partir de ces observations. Les espèces ont un cycle court et un recrutement discontinu compatible avec l'évolution rapide du milieu. Leurs populations sont soumises à des extinctions locales et paraissent, pour la plupart, fondées par un petit nombre d'individus. Pour apprécier les processus de dissémination et de spéciation, une étude de la structure génétique des populations de polychètes alvinellidae est effectuée à partir de l'analyse de leur polymorphisme enzymatique. La variabilité génétique est modérée chez le genre Alvinella et élevée chez le genre Paralvinella. Les populations sont à l'équilibre d'Hardy-Weinberg bien que des déficits en hétérozygotes soient observes pour les mêmes locus dans la majorité des populations. Ces résultats permettent de rejeter l'hypothèse d'un effet Wahlund et suggèrent que la sélection naturelle joue en faveur des hétérozygotes. La différenciation génétique des populations est élevée mais ne varie pas avec la distance. Plusieurs génotypes paraissent thermosensibles et pourraient faire l'objet d'une sélection. Ces résultats laissent supposer que la dérive génétique est contre-balancée par la pression sélective du milieu et que l'environnement joue un rôle dans les processus de spéciation chez les Alvinellidae.

La présence de deux activités enzymatiques thermostables : la beta-glucosidase et l'alcool déshydrogénase (ADH) a été recherchée sur 190 isolats thermophiles obtenus à partir d'échantillons prélevés sur sept sites hydrothermaux (deux dans le bassin de Lau, deux dans le bassin Nord-Fidjien et trois sur la ride du Pacifique oriental). 83 isolats possèdent l'activité beta-glucosidase et seulement 10 l'ADH. L'étude de la thermostabilité de ces enzymes a orienté le travail de caractérisation enzymatique vers deux isolats archaebactériens ultra-thermophiles : l'isolat ST549 pour la beta-glucosidase et l'isolat AL662 pour l'ADH. Une production maximale de beta-glucosidase par l'isolat ST549 a été obtenue avec le milieu BHIS contenant du cellobiose à 5 g1. La caractérisation de l'enzyme dans l'extrait brut ainsi que de l'enzyme purifiée a montré une thermostabilité élevée et une activité optimale à 100°C et à pH 6. La protéine est dimérique, a un poids moléculaire de 130000 daltons et un point isoélectrique de 4,3. L'hydrolyse des substrats ne correspond pas à un comportement michaélien et est activée par le glucose et les polyols tels que le sorbitol et le glycérol. L'étude de la spécificité vis-à-vis des substrats a montré que d'autres activités beta-glycosidases sont associées à l'activité beta-glucosidase. L'alcool-déshydrogénase de l'isolat AL662 est thermostable, présente une activité optimale à 75°C, à pH 8,3 et en présence de NaCl. La protéine n'a pas été totalement purifiée mais montre une spécificité de substrats large et une énantiosélectivité élevée. Le développement d'applications industrielles potentielles passe par une étude plus approfondie des deux enzymes.

Dans cette étude, les adaptations physiologiques aux hautes pressions hydrostatiques ont été étudiées après délétion de groupes de gènes codant pour les hydrogénases chez Thermococcus barophilus. Cette archée piézo-hyperthermophile isolée au niveau du site hydrothermal "Snakepit" à 3 550 mètres de profondeur a pour pression optimale 40 MPa ; des études trancriptomiques antérieures ont mis en évidence la sur-expression de certains gènes codants pour les hydrogénases sous des conditions de pressions sub et supra optimales (0,1 et 70 MPa). Ici, nous essayons de déterminer le rôle précis de chaque enzyme dans l'adaptation aux HPH en utilisant l'outil génétique récemment développé au laboratoire chez cette archée. Ce système génétique repose sur un double évènement de recombinaison successif afin d'obtenir des mutants de délétion et sur l'utilisation de la Simvastatine et de la 6-méthylpurine (6-MP) comme marqueur de sélection. Cette méthode a ensuite été utilisée pour déléter deux sulfhydrogénases cytosoliques (SHI et SHII) et des hydrogénases membranaires (Mbh, Mbh-Codh et Mbx). L'utilisation de la 6-méthylpurine pour la sélection négative a considérablement diminué le nombre de faux positifs avec un taux de 30% contre 80% obtenu avec le 5-FOA l'ancien marqueur de sélection négatif. Les premières études phénotypiques des souches mutantes sous haute pression hydrostatique confirment le rôle majeur des hydrogénases
The deep sea representing a significant portion of the terrestrial biosphere but still very little studied and many questions remain about organisms that live in this ecosystems including their diversity and adaptibility. At this depth Hydrostatic pressure is the major physical parameter. In this study, physiological adaptations to HHP were investigated after genetic deletion of hydrogenase clusters in T.barophilus. This archea piezo-hyperthermophilic was isolated at 3550m from a hydrothermal vent site; indeed, previous transcriptomic experimented have highlighted the over-expression of genes encoding hydrogenases under sub and supra-optimal HHP using the recent genetic system available for this archaeon. This gene disruption system is based on single and double crossover events to obtain makerless deletion mutants and used simvastatin and 6-MP for selection and counterselection respectively. In this study we developped firstly a new way of selection for the genetic disruption system using 6-methylpurine for negative selection. This method was then used to delete two cytoplasmic sulfhydrogenases (SHI and SHII) and membrane bound hydrogenases (Mbh, Mbh-Codh, Mbx). Using 6-methylpurine for negative selection to inverted the rate of false positives pop-out clones from 80% obtained with 5-FOA to 10% and the first phenotypic studies of mutants strains under HHP show the impact of hydrogenase on culture growth and hydrogen production

L'objectif de ce travail consistait a apporter une contribution a l'etude des lipides des communautes microbiennes marines. Cette etude basee sur l'utilisation de methodes chimiques et de techniques d'analyses spectroscopiques concerne plus precisement les micro-organismes marins thermococcus hydrothermalis et pyrococcus abyssi, archaea hyperthermophiles sulfo-oxydantes isolees de sites hydrothermaux marins, et marinobacter hydrocarbonoclasticus, bacterie marine ubiquiste halotolerante extreme. Cette recherche presente une description qualitative et quantitative des lipides de t. Hydrothermalis. Ses lipides neutres correspondent aux ethers de glycerol libres et a un melange de quatre hydrocarbures tetraterpeniques, lycopadienes et lycopatrienes, identifies pour la premiere fois chez une archaea, dans cette etude. Leur decouverte a une implication geochimique fondamentale. Ils pourraient etre en partie a l'origine du lycopane retrouve en quantite trace dans tous les oceans. L'analyse des lipides polaires a conduit principalement a l'identification du biphytanyl glycerol diether et du dibiphytanyl diglycerol tetraether. Un resultat important de ce travail correspond a l'absence de cyclopentane dans les chaines biphytanyles des tetraethers. Ce travail fournit egalement une identification precise des lipides de m. Hydrocarbonoclasticus, selon la source de carbone retenue pour sa culture (acetate ou n-eicosane). Elle a montre sa grande aptitude a ingerer les hydrocarbures presents dans le milieu, meme en tres faible concentration, et a suggere l'idee d'utiliser cette bacterie comme indicateur de pollution. Des acides gras non fonctionnalises et fonctionnalises originaux, chloro et/ou methoxy, ont ete caracterises. Enfin, cette etude a mis en evidence le degre de variabilite de certains des lipides de m. Hydrocarbonoclasticus, selon le substrat choisi, et a permis d'evaluer leur interet effectif comme marqueurs de parametres environnementaux, en milieu marin.

La sensibilité aux métaux de 30 souches thermophiles isolées du site hydrothermal du bassin de Lau a été mesurée. Les 14 bactéries aérobies hétérotrophes sporulantes appartenant a genre bacillus, les 6 bactéries anaérobies fermentatives appartenant a l'ordre des thermotogales et les 10 archæbactéries anaérobies fermentatives réductrices de soufre appartenant a l'ordre des thermococcales ont pu être différenciées par leur sensibilité aux métaux. Les thermococcales étaient les plus résistantes au cadmium et au zinc alors que les thermotogales s'avéraient les plus sensibles. En revanche, les thermotogales s'avéraient les résistances au cobalt. Aucune différence significative n'a été mise en évidence entre les niveaux de résistance de ces organismes et sept organismes de référence ; ceci suggère que les concentrations en métaux mesurées dans les fluides hydrothermales ne sont pas présents sous des formes toxiques dans le site étudie. La résistance au cd s'est avérée inductible chez les souches de bacillus les plus résistantes à ce métal. Cette réponse n'est pas liée à la présence d'ADN extrachromosomique. L'analyse des profils électrophorétiques de b. Thermoleovorans souche sg1 montre que deux protéines sont surexprimées en présence de cd et de cu et qu'une troisième protéine est surexprimée en présence de cu. Ces 3 protéines ont été identifiées par séquençage partiel comme une superoxyde dismutase a manganèse (mn-sod), la sous-unité de l'atp synthase (-atpase) et une cystéine synthase (cysk). Les gènes soda, atpd et cysk codant respectivement pour la mn-sod, la -atpase et la cysk ont été amplifies par pcr, clones et séquences. Le rôle du superoxyde dismutases dans la réponse aux métaux a été étudié chez des souches mutantes d'escherichia coli et de bacillus subtilis. Chez E. Coli, l'absence de superoxyde dismutase est associée a une sensibilité accrue au cd, au co et au ni. Les mutants soda ou sodb ont démontré des niveaux de résistance aux métaux comparables a ceux de leur souche parentale. Chez b. Subtilis, la résistance au cd et au cu n'est pas affectée par la mutation du gène soda. Les résultats obtenus suggèrent que la production intracellulaire de superoxyde est induite par le cd, le ni et le co et qu'elle participe a la toxicité de ces métaux chez E. Coli. Le rôle possible des gènes atpd et cysk dans la résistance aux métaux est aussi évoquée.

Les écosystèmes hydrothermaux profonds hébergent des communautés présentant de fortes biomasses, issues de l’activité chimiotrophique des microorganismes, avec de nombreux exemples d’associations symbiotiques entre ces derniers et les organismes de la mégafaune dominante. La connaissance du cycle de vie de ces espèces, y compris de leurs symbiontes, et de la façon dont elles sont capables de disperser et de coloniser de nouveaux sites est incontournable pour la compréhension du fonctionnement des communautés hydrothermales.Dans cette étude, sont présentées de nombreuses avancées portant sur la distribution, la reproduction, la dispersion et le cycle de vie d’une espèce dominante des écosystèmes hydrothermaux de la dorsale Médio-Atlantique, la crevette alvinocarididé Rimicaris exoculata, et des espèces proches. Les outils méthodologiques utilisés incluent la description morphologique de larves, l’étude de la structure de populations et de leur état de reproduction, des approches moléculaires appliquées à l’identification des espèces via la reconstruction phylogénétique, la génétique populationnelle et l’étude de la diversité bactérienne. La plupart des observations et analyses ont été réalisées grâce aux prélèvements de la mission BICOSE qui s’est déroulée de janvier à février 2014 sur la dorsale Médio-Atlantique.L’analyse morphologique détaillée des premiers stades larvaires (zoé I) de quatre espèces d’Alvinocarididae (R.exoculata, Mirocaris fortunata, Nautilocaris saintlaurentae et Alvinocaris muricola), indique une combinaison de traits caractéristiques de cette famille et unique parmi les crevettes Caridés. Le premier stade larvaire lécithotrophe présente vraisemblablement une durée de développement prolongée, avec une transition vers la planctotrophie au cours des stades ultérieurs. La capture de ces larves près du fond suggère par ailleurs une dispersion bathypélagique. L’étude réalisée sur les populations de R. exoculata des champs hydrothermaux de TAG et Snake Pit met en évidence une ségrégation spatiale des sexes et des stades de vie. Les femelles, les sub-adultes et les juvéniles occupent la paroi des fumeurs actifs, tandis que les mâles se retrouvent majoritairement dispersés à la périphérie inactive des sites. L’identification de plusieurs cohortes d’individus, retrouvées au niveau des habitats des deux champs hydrothermaux indique par ailleurs un recrutement discontinu. Enfin, l’observation, pour la première fois, d’un grand nombre de femelles gravides sur les deux champs hydrothermaux, suggère une reproduction saisonnière, avec quelques différences mineures en terme de fécondité entre les populations des deux champs.Les embryons portés par les femelles jusqu’à l’éclosion des larves sont exposés aux fluides hydrothermaux. Nos résultats, encore partiels, d’analyses par clonage d’assemblages bactériens se développant sur les oeufs au cours de cette phase d’incubation indiquent une spécificité qui pourrait être le reflet d’une fonction symbiotique s’établissant à un stade précoce du cycle de vie de la crevette. La similarité de ces assemblages bactériens avec ceux colonisant le céphalothorax des crevettes adultes, suggère un possible rôle de détoxification et/ou de nutrition.Enfin la découverte, sur TAG, d’importantes « nurseries » de post-larves appartenant à R. chacei, espèce cohabitant avec R. exoculata mais relativement peu abondante, pose la question de l’origine de ce recrutement. Cette question s’inscrit également dans le débat taxonomique récurrent des délimitations d’espèces chez les Alvinocaridiés. Ainsi, de récents travaux de génétique suggèrent que R. chacei pourrait être identique à R. hybisae, une espèce des sites hydrothermaux de la Ride des Caïmans, qui paradoxalement, présente une écologie et un développement symbiotique beaucoup plus similaire à celui de R. exoculata que de R. chacei. Nos analyses de génétique populationnelle et une reconstruction phylogénétique réalisée avec plusieurs gènes […]
Deep-water hydrothermal vent host high-biomass communities based on chemoautotrophy supported by the metabolic activity of free-living and symbiotic bacteria associated to invertebrates, especially megafauna. Knowledge on the mechanisms of dispersal and the life cycle of vent species is essential to our understanding of the vent communities in terms of distribution, structure and temporal variation. In this study, I present some advances regarding the dispersal and life cycle of a dominant species of the Mid-Atlantic Ridge (MAR) vent ecosystems, the alvinocaridid shrimp Rimicaris exoculata, and other related species. The methodological approaches applied include morphological descriptions of larvae, analysis of population biology and reproduction, and molecular genetics for species identification, phylogenetic reconstructions, population genetics and bacterial diversity. Most observations and studies presented here were conducted on samples collected in January-February 2014, during the BICOSE cruise on the MAR.Based on the analysis of Zoea I larvae of four species (R. exoculata, Mirocaris fortunata, Nautilocaris saintlaurentae andAlvinocaris muricola), we conclude that the alvinocaridid first larval stage is lecitotrophic with extended development, allowing large dispersal without external food requirement. A bathypelagical larval dispersal and a shift to a planktotrophic stage during the larval period is proposed. In terms of population biology, collections performed at the TAG and Snake Pit vent fields show variations in the population structure among habitats, according to sex and life stage. Large aggregations of shrimps found close of the vent emission comprise mostly females and young individuals, whereas scattered adults found at the vent periphery were mostly males. Multiple cohorts were found in both vents fields, denoting a discontinuous recruitment. Brooding females were observed in significant numbers close to the vent emission, which contrasts with their constant lack in previous field studies and suggests a seasonal reproduction with a brooding period the winter season. In addition, differences in the reproductive effort were detected between vent fields, including egg number, egg size and proportion of aborted females. The egg surface of R. exoculata is colonized by episymbiotic bacteria. Cloning approaches show that the bacterial assemblages on eggs seem to be specific, suggesting their symbiotic role, and evolve according to the egg development. The bacterial assemblages on eggs and their variation during the embryonic development remind the episymbiotic communities found in the branchial chamber of adults, suggesting similar detoxification or nutrition role. In other Rimicaris species, questions about life cycle, vent connectivity and speciation have been raised recently. Genetic studies suggest that two species with contrasting distribution, morphology and ecology, R. hybisae and R. chacei, are the same species. This question is related also with the source of a massive recruitment of R. chacei found at TAG vent field, despite the low density of adults. Analysis of population genetics and phylogenetic reconstructions with multiple genes show that R. chacei and R. hybisae are separate lineages with recent or undergoing speciation. These species, as R. exoculata and other alvinocaridids, show a genetic population model associated with a migration pool. An extended larval period could contribute to the wide dispersal and high genetic flow between populations. Implications of these findings and perspectives of future research are discussed in terms of additional experiments and field sampling required to characterize the larval period of alvinocaridids, the variations of symbiosis of the different life stages and sexes inhabiting different habitats, the quantitative and functional characterization of the episymbiosis on eggs, and the evolutionary processes associated with the speciation in Rimicaris
Las emisiones hidrotermales profundas albergan comunidades de elevada biomasa basadas en quimioautotrofía, soportadas por la actividad metabólica de bacterias de vida libre y bacterias simbiontes asociadas a invertebrados marinos, especialmente megafauna. El conocimiento de los mecanismos de dispersión y el ciclo de vida de las especies de ambientes hidrotermales es escencial para comprender los procesos ecológicos de ambientes hidrotermales asociados a la distribución, la estructura comunitaria y la variación temporal. En este estudio, presento algunos avances relacionados a la dispersión y el ciclo de vida de una especie dominante de los sistemas de emision hidrotermal de la dorsal medioatlántica. La aproximaciones metodológicas aplicadas en este estudio incluyen el estudio de la morfología larvaria, el análisis de la biologia poblacional y de la reproducciôn, así como genética molecular con fines de identificación, reconstructión filogenética, genética de poblaciones y análisis de diversidad de bacterias. La mayoría de las observaciones y análisis presentados en el presente estudio fueron realizados con muestras colectadas en enero y febrero de 2014 durante el crucero oceanográfico BICOSE en la dorsal medioatlántica (campos TAG y Snake Pit). El análisis morfológico de la larva Zoea I de cuatro especies (R. exoculata, Mirocaris fortunata, Nautilocaris saintlaurentae y Alvinocaris muricola) permite concluir que el primer estadio larvario de la familia Alvinocarididae es lecitotrôfico con una duración del desarrollo extendida, permitiendo la dispersión a grandes distancias sin requerimiento de una fuente externa de nutrición. Se propone para estas especies una dispersión batipelágica y un cambio a un estadio planctotrófico durante el periodo larvario. En relación a la biología poblacional, fue observada una variación en la estructura poblacional entre hábitats en relación al sexo y el estado de desarrollo.Las agregaciones densas de camarones encontradas cerca de las emisiones hidrotermales están compuestas principales de hembras y juveniles, mientras la mayoría de adultos dispersos encontrados en la periferia de las chimeneas fueron machos. Varias cohortes de tallas fueron identificadas en ambas poblaciones, lo cual denota un reclutamiento discontinuo. Una gran cantidad de hembras ovígeras fueron observadas cerca de la emisión hidrotermal, lo cual contrasta con la casi completa ausencia de hembras ovígeras en muestreos previos y sugiere una reproducción estacional con incubación y desove durante el invierno. La superficie de los huevos de R.exoculata está colonizada por bacterias episimbiontes. Los análisis de clonación muestran que los ensambles bacterianos parecen ser específicos, lo cual sugiere una relación simbiótica. Además estos ensambles cambian en relación al desarrollo embrionario. Los ensambles de bacterias observados en los huevos son similares a las comunidades episimbiontes encontradas en la cámara branquial de los adultos, sugiriendo la ocurrencia de procesos de detoxificación o nutrición similares. En otras especies del género Rimicaris, interrogantes en relación al ciclo de vida, la conectividad entre sistemas hidrotermales y la especiación han surgido recientemente. Estudios genéticos sugieren que dos especies alopátricas y con diferencias en morfología y ecología, R. hybisae y R. chacei representan una especie única. Esta hipótesis se encuentra relacionada además con el origen de un reclutamiento masivo de R. chacei encontrado en el campo TAG, a pesar de la baja densidad de adultos. Análisis de genética poblacional y reconstrucciones filogenéticas utilizando varios genes muestran que R. chacei y R. hybisae son linajes separados producto de una especiación reciente o en proceso. Estas especies, al igual que R. exoculata y otros alvinocarídidos, muestran patrones de conectividad asociados al modelo de migración colectiva (migration pool). Implicaciones de estos hallazgos y perspectivas de futuras […]

L'objet de la thèse est de contribuer à l'étude numérique des lois de conservation hyperboliques avec termes sources, ce qui est motivé par les applications aux équations de Saint-Venant pour les eaux peu profondes. La première partie traite des questions habituelles de l'analyse des approximations numériques des lois de conservation scalaires. On se concentre sur des schémas aux volumes finis semi-discrets, dans le cas général d'un maillage non-uniforme. Pour définir des discrétisations appropriées du terme source, on introduit le formalisme spécifique de la méthode "Upwind Interface Source" et on établit des conditions sur les fonctions numériques telles que le solveur discret préserve les solutions stationnaires. Une définition rigoureuse de consistance est ensuite formulée, adaptée aux "schémas équilibres", pour laquelle on est capable de prouver un théorème de convergence faible de type Lax-Wendroff. La méthode considérée dans un premier temps est essentiellement d'ordre un en espace. Pour améliorer la précision, on développe des approches à haute résolution pour la méthode "Upwind Interface Source" et on montre que celles-ci sont un moyen efficace de dériver des schémas d'ordre plus élevé avec des propriétés convenables. On prouve une estimation d'erreur dans $L^p$, $1\le p < +\infty$, qui est un résultat optimal dans le cas d'un maillage uniforme. On conclut alors que les mêmes taux de convergence $O(h)$ et $O(h^2)$ que pour les systèmes homogènes correspondants sont valables. La deuxième partie présente un schéma numérique pour approcher les équations de Saint-Venant, avec un terme source géométrique, qui vérifie les propriétés théoriques suivantes: il préserve les états stationnaires de l'eau au repos, vérifie une inégalité d'entropie discrète, préserve la positivité de la hauteur de l'eau et reste stable avec des profiles du fond discontinus. Cela est obtenu grâce à une approche cinétique au système; dans ce contexte, on utilise une description formelle du comportement microscopique du système pour définir les flux numériques aux interfaces d'un maillage non-structuré. On utilise aussi le concept de variables conservatives centrées (typique de la méthode des volumes finis) et des termes sources décentrés aux interfaces. Finalement, on présente des simulations numériques du système des équations de Saint-Venant modifiées pour prendre en compte le frottement et la viscosité, afin de retrouver les résultats de certaines études expérimentales. Une application à la modélisation des termes de frottement pour les avalanches de neige est discutée dans l'Appendice.

Cette thèse est une contribution à la résolution numérique d'une loi de conservation hyperbolique résultante d'un couplage entre les équations de Saint-Venant, associée à la modélisation des écoulements en eaux peu profondes, et l'équation de transport-diffusion d'un polluant non actif. Le modèle mathématique utilisé est bi-dimensionnel, intégrant des termes de friction, de diffusion, des tensions de surface et un terme tenant compte la variation de la bathymétrie. Nous présentons un modèle numérique basé sur un schéma volumes finis bidimensionnel d'ordres deux, conservatif et consistant, sur un maillage non structuré adaptatif. Ce modèle préserve la positivité de la hauteur d'eau et l'état stationnaire associé au lac au repos, il permet de capturer avec précision les ondes de chocs. Dans le temps une extension à l'ordre deux est garantie en utilisant un schéma de Runge-Kutta ce qui permettra de prendre en compte les différentes vitesses de propagation de l'information présentes dans les différents problèmes traités. Nous appliquons le modèle numérique développé sur plusieurs problèmes. Entre autre, la simulation d'une propagation d'une onde de crue, écoulement autour d'une singularité géométrique, écoulement sur des fonds variables et présentant des fronts raides. Et en fin, L'étude numérique s'achève par une application du modèle pour la simulation du transport de polluant dans une géométrie réelle avec une bathymétrie fortement variable telle que présente la baie de Tanger.