Littérature scientifique sur le sujet « Coraux profonds – Atlantique (océan ; nord-est) »

Les coraux d'eau froide, comme Lophelia pertusa et Madrepora oculata, forment de vastes récifs qui constituent des habitats pour diverses communautés biologiques. Ils sont particulièrement menacés par l'augmentation de la température, et les modèles prédisent que la température pourrait encore augmenter de 3 °C dans l'océan Atlantique avant 2100. Des travaux récents ont permis de caractériser l'écologie de ces coraux et de mettre en évidence une dégradation de leur état de santé en réponse à des températures plus basses ou plus élevées. Cependant, les mécanismes moléculaires sous-jacents de leur réponse thermique, à l’échelle de l'holobionte (le corail et son microbiome associé), sont encore mal connus. Comprendre la réponse des coraux d'eau froide au réchauffement des océans, via une approche intégrative est déterminante pour évaluer leur résilience aux futurs changements climatiques. L'objectif de cette thèse était tout d'abord de décrire la dynamique in situ des holobiontes L. pertusa et M. oculata dans un canyon du Golfe de Gascogne (Atlantique Nord-Est) afin de déterminer les différences potentielles entre les populations atlantiques et méditerranéennes au niveau de la croissance et du microbiome. La croissance linéaire moyenne mesurée pour L. pertusa était de 2,4 ± 1,6 mm par an. La mortalité et la casse totales chez M. oculata n’ont pas permis de caractériser la croissance. Parallèlement, la détermination de la communauté microbienne a montré que le microbiome de L. pertusa était différent entre les deux régions avec une grande variabilité à l’échelle du canyon, tandis que M. oculata présentait un microbiome stable dans les différentes régions et une forte association avec certaines bactéries. Deuxièmement, la reproduction de ces deux espèces en Méditerranée a également été étudiée afin de déterminer les différences saisonnières avec la population Atlantique. Les résultats suggèrent une ponte saisonnière de L. pertusa en automne/début de l'hiver, correspondant à la formation de panaches d'eau profonde induits par les tempêtes en Méditerranée, tandis que M. oculata présente une reproduction continue. Le deuxième objectif général était de déterminer la réponse de l'espèce la plus sensible, L. pertusa, aux changements de température à l’échelle de l'holobionte, en utilisant la mesure des paramètres physiologiques (survie, croissance, nutrition et expression des gènes) et la réponse du microbiome. Au cours d'une expérience de deux mois en aquarium, nous avons montré qu'à une augmentation de température de +3 et +5 °C, L. pertusa de l'océan Atlantique Nord-Est présentait une modification de son microbiome parallèlement à une mortalité importante. Une approche métagénomique révèle la présence de gènes marqueurs de facteurs de virulence suggérant que la mort des coraux est due à des infections par des bactéries pathogènes. Dans une seconde expérience, menée à plus long terme, nous avons montré que si une baisse de température de 4 °C n'affectait pas la physiologie et le microbiome de L. pertusa, une augmentation de température de 4 °C entraînait une mortalité massive. Cette mortalité semble être associée à un niveau élevé de stress chez le corail, comme l'atteste l’augmentation de plusieurs gènes liés aux réponses immunitaire, inflammatoire et antioxydante, à la mort cellulaire, à la réparation et l'entretien de l'ADN, mais aussi à la modification de la communauté bactérienne. Nos travaux ont montré que L. pertusa et M. oculata présentent des stratégies de vie distinctes, notamment en termes de croissance, microbiome et reproduction, avec des différences marquées entre les populations. Nos résultats d'expériences en aquarium suggèrent cependant que les L. pertusa de l'Atlantique Nord-Est est aussi sensible au réchauffement que ceux des autres populations et il semble que tous les L. pertusa, indépendamment de la région d'où ils proviennent, seront fortement affectés par une augmentation de +3 °C
Cold-water corals such as Lophelia pertusa and Madrepora oculata, two key reef-forming species distributed worldwide, form extensive reefs providing highly valuable habitats for diverse biological communities. They are particularly threatened by increasing temperature, as models predict that temperature would further increase by up to 3 °C in the Atlantic Ocean before the end of the century. Recent work has characterised the cold-water coral ecology and has shown degraded health status both in response to lower and increased temperatures in different scleractinian species. However, the underlying molecular mechanisms of their thermal response, including the response at the holobiont level (i.e. the coral host and its associated microbiome), is still poorly known. Understanding the response of cold-water corals to ocean warming using integrative approach is of paramount importance to evaluate their resilience to future water temperatures. The goal of this thesis was firstly to describe the in situ dynamics of the holobiont from L. pertusa and M. oculata in a canyon of the Bay of Biscay (NE Atlantic Ocean) to determine potential differences between Atlantic and Mediterranean populations at the growth and microbiome levels. The average polyp linear growth measured for L. pertusa was 2.4 ± 1.6 mm yr−1, which fall in the lower range compared to previous estimations. Mortality and breakage were total in M. oculata could not allow characterization of growth. Concurrently, the microbial community determination showed that L. pertusa microbiome was versatile between the two regions with high variability within canyons, while M. oculata exhibited stable microbiome across the different regions, with strong association with some bacteria. Secondly, the reproductive biology of those two species in the Mediterranean Sea was also investigated to determine potential seasonal differences with the Atlantic population. The gametogenic cycle suggests a seasonal spawning of L. pertusa in autumn to early winter, corresponding to the formation of storm-induced deep-sea water plumes, while M. oculata shows continuous reproduction, with reproductive features of a species less opportunistic than L. pertusa. The second general objective was to forecast the response of the most sensitive species, L. pertusa, to temperature changes by determining the underlying molecular mechanisms of its thermal response at the holobiont level, using measurement of physiological parameters (survival, growth, nutrition and gene expression) and microbiome response. During a two-months aquaria experiment, we showed that at a +3 and +5 °C temperature increase, L. pertusa from the NE Atlantic Ocean exhibited a modification of its microbiome concomitantly to a large mortality. A metagenomic approach reveals the presence of genes markers for virulence factors suggesting that the death of the corals was due to infections by pathogenic bacteria. In a second experiment, conducted on longer term, we showed that while a 4 °C lower temperature did not affect L. pertusa physiology and microbiome, a 4 °C increase in temperature led to massive mortality. This mortality seems to be associated to a high level of stress in the coral, as attested by the upregulation of number of genes related to immune, inflammatory and antioxidant responses, cell death and apoptosis, DNA repair and maintenance, but also the shift in coral bacterial community towards pathogens and opportunistic bacteria. Our work showed that although living in close association, L. pertusa and M. oculata exhibit distinct living strategies, including growth pattern, microbiome and reproductive biology, but also strong differences among populations. Our results from aquaria experiment suggest however that NE Atlantic L. pertusa are as sensitive to warming as other populations and it appears that all L. pertusa, independently of the region they come from will be strongly impacted by an increase of +3 °C

L’objectif de cette thèse est d’apporter de nouvelles contraintes sur l’hydrologie de l’Atlantique Nord-Est et de la Méditerranée occidentale depuis la dernière période glaciaire à partir de l’analyse de la composition isotopique du Nd (εNd) dans des échantillons d’eau de mer ainsi que des coraux profonds et des foraminifères, prélevés dans des carottes sédimentaires marines. Les changements de l’hydrologie des masses d’eau intermédiaire (LIW, MSW, AAIW et masses d’eau intermédiaire des gyres subtropical et subpolaire) ont été plus particulièrement étudiés car leur rôle sur les transferts de sels en Atlantique Nord et in fine sur l’AMOC est actuellement mal contraint. Ce travail a été mené au cours des périodes de changements hydrologiques majeurs et abrupts de l’océan qui se sont produits lors des variations climatiques rapides de la dernière période glaciaire (événements d’Heinrich et cycles de Dansgaard-Oeschger) et lors du dépôt du Sapropel S1 en Méditerranée orientale. Dans un premier volet, nous avons amélioré la couverture spatiale des valeurs d’εNd des masses d’eau de l’Atlantique Nord-Est et de la mer d’Alboran, préalable indispensable pour restituer l’hydrologie passée de ces régions avec le traceur εNd. Nous avons ensuite mis en évidence un changement majeur du schéma de circulation de la Méditerranée occidentale durant la période de dépôt du sapropel S1, marquée par une forte réduction des masses d’eau de la Méditerranée orientale (LIW) au sud de la Sardaigne au profit de celles provenant du Golfe du Lion (WIW). Ce changement hydrologique ainsi que ceux qui s’opèrent en Méditerranée depuis la dernière période glaciaire ne sont pas associés à de fortes modifications des valeurs d’εNd de la LIW de la mer d’Alboran et de la mer des Baléares, suggérant une stabilité de la signature isotopique en Nd de la MOW au cours du temps. Ceci a permis, à partir d’un enregistrement d’εNd obtenus sur des coraux profonds du Golfe de Cadix, de mettre en évidence une contribution plus importante de l’AAIW plus radiogénique et donc une pénétration plus marquée en Atlantique Nord de cette masse d’eau lors des périodes de fortes réductions de l’AMOC, liées à la déstabilisation des calottes de glace de l’Hémisphère Nord
: The purpose of this thesis is to constrain the hydrology of the North-East Atlantic and western Mediterranean Sea since the last glacial period from neodymium isotopic composition (εNd) measured on seawater, cold water corals and foraminifera. In particular, hydrological changes of intermediate water masses (LIW, AAIW, MSW, mid-subtropical and subpolar gyre water) have been studied as their role on salt budget in North Atlantic and ultimately on AMOC are currently poorly constrained. This work has been conducted at times of major and abrupt hydrological changes that occurred during rapid climatic variations of the last glacial period (Heinrich and Dansgaard-Oeschger events) and during the last sapropel deposit (S1) in eastern Mediterranean Sea. In a first step, we have improved the spatial distribution of water masses εNd values in North-east Atlantic and Alboran Sea, what is an absolute prerequisite in order to track past hydrological changes in these areas with εNd proxy. Next, we have highlighted a major change of the western Mediterranean circulation pattern during the sapropel S1 deposit, which is marked south of Sardinia by a strong reduction of eastern-sourced water masses (LIW) in favor of western-sourced water masses (WIW). This hydrological change as well as those occurring in Mediterranean Sea since the last glacial period was not associated with strong modifications of εNd values in Alboran and Balearic Sea, suggesting a stability of Nd isotopic signature of MOW over the time. This has highlighted, from an εNd record obtained on cold water corals in the Gulf of Cadiz, an enhanced contribution of more radiogenic AAIW and therefore a stronger northward penetration in North Atlantic at times of reduced AMOC linked to iceberg discharges from Northern Hemisphere ice sheets

Au cours des années 70-80 la pêche connaît une crise grave ; les professionnels français chalutent plus profond (1400m) à l'ouest des îles britanniques. Des pêcheries étrangères plus anciennes ont montrées la fragilité de cette ressource. Des campagnes de pêche ont permis de recenser 54 à 86 taxons. Les populations de poissons profonds sont organisées en peuplements selon la profondeur et la latitude, avec 1 a 3 espèces dominantes, le grenadier y est majoritaire. De fortes longévités ont été déterminées : 38 ans pour Alepocephalus bairdii, 54 pour Coryphaenoides rupestris et 43 pour Helicolenus dactylopterus. Mais des problèmes d'interprétation existent sur l'âge qui n'a pas été validé. Leur croissance est lente. La comparaison des structures en taille avec des données historiques révèle une diminution de la taille de A. Bairdii et de C. Rupestris depuis 1989. Ces espèces ont une maturité tardive (14-16 ans) et une période de reproduction de 10-12 mois. H. Dactylopterus a une maturité précoce (3-4 ans), les mâles maturent plus tôt, ils inséminent les femelles en automne, elles stockent les spermatozoïdes dans leurs ovaires et pondent au printemps. Ces espèces ont des fécondités annuelles indéterminées et des stratégies démographiques de type K. La flottille française profonde est composée de 50 bateaux débarquant par an 19000 t de poissons profonds. Les CPUE ont diminué depuis 1989. 8 espèces sont débarquées à 100%, 1 espèce est débarquée et rejetée : le grenadier avec un taux de rejet de 23%. 42 espèces sont rejetées à 100%. Les rejets représentent 52% du poids des captures et augmentent avec la profondeur. Les rejets totaux ont été estimés à 17500 t. Des estimations de stocks ont été réalisées sur A. Bairdii et le grenadier donnant des valeurs indicatives. Les résultats doivent inciter à la prudence. Si la mise en place de quotas ne semble pas être envisageable, une réglementation serait l'utilisation d'engins de pêche plus sélectifs.

La propriete la plus importante et inattendue des ecosystemes du milieu profond est la tres forte diversite specifique des communautes benthiques. De nombreux concepts tendent a definir les parametres contribuant au maintien de cette diversite biologique de la faune benthique profonde, sans toutefois reellement considerer le facteur ressource et sa variabilite. Aujourd'hui, les nombreuses donnees obtenues au cours du programme pluridisciplinaire eumeli dans l'atlantique tropical nord-est ont permis d'analyser la structure et la diversite des peuplements profonds dans trois stations aux conditions bathymetriques, physiques et trophiques contrastees. Les densites des differentes categories dimensionnelles suivent un gradient decroissant avec l'augmentation de la profondeur decrivant une diminution d'abord tres rapide jusqu'a 3100m, induite par la forte reduction des apports trophiques et une diminution plus faible jusqu'aux profondeurs abyssales. Les peuplements de megafaune deviennent importants lorsque les compartiments macro et meiobenthiques sont bien developpes dans le milieu. Il existe donc une strategie dans l'installation des differents groupes faunistiques sous controle des apports trophiques. L'analyse detaillee des peuplements de polychetes, taxon dominant la macrofaune, a permis de mettre en evidence le role des conditions environnementales sur la structure de ces peuplements. Cette influence de l'habitat se traduit par des assemblages d'especes plus ou moins specialisees et par la variation des modes de dispersion spatiale des individus, la dispersion aleatoire remplacant au fur et a mesure de l'eloignement de la cote la forme agregative des peuplements. La diversite specifique des peuplements de polychetes s'avere particulierement elevee sur la pente continentale par le jeu d'interactions production-perturbation ou les facteurs physiques permettent la reduction de l'exclusion competitive. En revanche, les peuplements de la station abyssale vraie sont faiblement diversifies en reponse a un milieu contraignant et plus particulierement a une ressource trophique tres limitee. La station a 3000m presente une diversite intermediaire liee a l'effet combine de flux organiques consequents et de facteurs physiques moderes. Il existe en region tropicale, un gradient parabolique de la diversite des polychetes depuis la cote jusqu'a la plaine abyssale, avec une diversite maximale vers 2000m de profondeur. L'elargissement de l'etude a deux regions temperees de l'atlantique souligne la forte variabilite regionale de la diversite des polychetes. En zone temperee, la diversification, plutot moderee des peuplements, resulte de l'interaction entre les evenements physiques non predictibles lies a la proximite de la marge et d'un flux de carbone relativement important mais tres concentre dans le temps. Enfin, la diversite biologique analysee pour une quinzaine de groupes d'invertebres benthiques a revele de fortes variations entre les groupes independamment de la distinction en categorie dimensionnelle. A l'inverse des polychetes, les isopodes, les aplacophores et les bivalves sont plus diversifies vers 3000m de profondeur ou les parametres de l'environnement sont relativement homogenes. Tandis que la plupart des taxons de la megafaune sont peu diversifies tout en etant bien representes sur la pente continentale, les holothuries preferent les environnements physiques moins perturbes plus profond

Les poissons de la pente occidentale sont étudiés à trois niveaux : les individus, les populations et les peuplements. La distribution de ces espèces est agrégée ou dispersée. Ici, les observations par engins sous-marins suggèrent que l'empereur, espèce connue pour se concentrer dans des habitats particuliers, utilise des zones abritées du courant pendant des phases de repos. Au contraire, le petit anguilliforme, Synaphobranchus kaupii est dispersé à grande échelle ; il semble préférer des habitats sédimentaires où ses proies s'accumulent et éviter les zones sans courant. Les comportements des poissons profonds sont diversifiés, liés à leurs stratégies alimentaires et flexibles selon les conditions environnementales. Du fait de leurs traits vitaux, ces poissons ne peuvent supporter que des taux d'exploitation modérés. Des problèmes d'estimation (âge, tendance des CPUE) et la méconnaissance de la structure en populations gênent l'évaluation des stocks dont plusieurs ont été surexploités dans l'Atlantique Nord-Est ; le cas de la dorade rose est développé. L'échantillonnage des grandes espèces mobiles au chalut de type commercial indique sur la pente une diversité spécifique et taxonomique supérieure et structurée différemment de celle du plateau. Les observations visuelles qui échantillonnent bien les petites espèces benthiques complètent l'estimation de la composition du peuplement. Enfin, les observations à bord des chalutiers confirment qu'une seule espèce cible, le grenadier, est en partie rejetée et montrent l'impact de la pêche. Elles permettent d'identifier, dans les CPUE, des facteurs inacessibles dans les statistiques de pêches et campagnes scientifiques

Les variations des eaux intermédiaires constituent un point important dans la compréhension des
réponses de l'océan aux changements rapides du climat. Cependant, la variabilité de ces masses d'eau
est encore peu documentée en raison du manque d'enregistrements fiables et pouvant être datés de
manière précise. C'est pour répondre à cette attente que cette étude à été proposée : il s'agissait de
développer l'utilisation des coraux profonds et en particulier de leur signal isotopique pour les
reconstitutions paléo-océanographiques.
Dans un premier temps, une méthode de calcul des températures à partir des données isotopiques (CO)
des coraux a été mise au point. Cette méthode a été testée sur 6 coraux prélevés vivants dans
différents sites où les conditions environnementales étaient connues (T-S). Une fois la méthode
établie, elle a été appliquée, dans un deuxième temps, à une carotte sédimentaire du chenal de Rockall
contenant des coraux. Le signal ainsi obtenu a permis de dégager la forte variabilité isotopique des
coraux sur l'Holocène. Ce signal a été interprété en terme de fluctuations de la contribution des eaux à
composante méditerranéennes par rapport aux eaux du Labrador selon des oscillations climatiques
propres à l'Atlantique Nord. En parallèle de ces études, un grand nombre de datations ont été
effectuées sur des coraux des différentes carottes de la marge irlandaise afin de définir le cadre
stratigraphique représenté par ces coraux. Aucun corail d'âge glaciaire n'a été identifié sur ce site,
dégageant ainsi la sensibilité de ce matériel aux variations paléo- environnementales. Un scénario de
développement et de mise en place des coraux selon les conditions hydrographiques a été proposé
pour expliquer la dynamique de croissance des monts carbonatés sur lesquels se développent les
coraux de l'Atlantique Nord-Est. Par ailleurs, les datations au 14C des foraminifères des carottes
montrent la complexité de l'enregistrement sédimentaire pour ces sites de haute énergie et soulignent
l'intérêt des coraux profonds pour reconstruire la variabilité rapide des eaux intermédiaires.