Thèses soutenues

Thèses soutenues
  • Samuelson Nzeneri (Université de Bretagne Occidentale) 2016-2019
    Modélisation des efflorescences d’algues toxiques (Alexandrium minutum) en compétition interspécifique en Rade de Brest. (HABrest)

Thèse Kevin Drouet

"Le changement climatique à l’échelle planétaire et ses répercussions aux échelles locales n’ont pas seulement des effets sur la température moyenne de l’air et de l’eau, ou sur la fréquence et l’intensité des évènements météorologiques remarquables. Tous ces paramètres peuvent influencer les aires de répartition de nombreuses espèces animales et végétales. Il est possible, par exemple, de voir proliférer sous des latitudes tempérées des organismes parasites ou toxiques qui étaient en limite de leurs aires de répartition. C’est le cas de certaines espèces de dinoflagellés benthiques du genre Ostreopsis dont le développement est généralement limité aux zones tropicales et qui ont été inventoriées récemment en Méditerranée, en Nouvelle-Zélande, en Tasmanie et en Australie, dans plusieurs îles japonaises et dans l’est de la Russie. Trois espèces du genre Ostreopsis sont présentes depuis plusieurs dizaines d’années en Méditerranée, mais leurs proliférations, impliquant des effets néfastes aux niveaux écologiques, sanitaires et socio-économiques, sont beaucoup plus récentes et limitées pour l’instant au bassin occidental et à l’Adriatique. En France, seule l’espèce Ostreopsis cf. ovata a pour l’instant été caractérisée. Cette espèce est régulièrement observée dans les eaux côtières du nord-ouest de la Méditerranée, où le développement d’efflorescences récurrentes fait l’objet de différents suivis de type « système d’alerte ». Du point de vue de sa distribution le long des côtes françaises, O. cf. ovata montre une large aire de répartition en Méditerranée. Cependant, de récentes identifications, faites dans la cadre du programme REPHY d’observation et surveillance du phytoplancton, ont détecté la présence du genre Ostreopsis le long d’une autre façade maritime, près de Saint-Jean-de-Luz, dans les Pyrénées-Atlantiques. Ces observations témoigne de la présence de ce dinoflagellé toxique dans les eaux atlantiques françaises et suggère que son aire de répartition est encore très mal connue et sous-estimée.
La plasticité physiologique des dinoflagellés marins est à la base du potentiel d’expansion de leur niche écologique spatio-temporelle. Grace à leur capacité à croitre dans de larges gammes de température, de lumière et de concentrations de sels nutritifs, certaines espèces peuvent s’installer dans plusieurs écosystèmes. Il est aussi possible qu’ils puissent occuper et s’adapter à la vie dans de nouveaux habitats suite à l’introduction de populations pionnières. L’adaptabilité physiologique des souches des populations pionnières aux caractéristiques environnementales des nouveaux écosystèmes rencontrés peut être étudiée par des approches d’écophysiologie. La comparaison des capacités adaptatives entre souches pionnières, isolées dans des écosystèmes qui ont été récemment occupés (par exemple au niveau des côtes atlantiques françaises), et des souches isolées dans des écosystèmes auxquels l’espèce est déjà bien adaptée (comme en Méditerranée) pourrait révéler l’existence d’écotypes différents. La comparaison entres les génotypes de ces souches et celles d’autres régions du monde pourrait aussi permettre d’envisager l’origine possible des souches pionnières.
Dans les régions tropicales, le genre Ostreopsis est soupçonné d’être à l’origine d’intoxications alimentaires sévères dues à l’accumulation de la palytoxine et de ses dérivés dans des crabes, des oursins ou des poissons. La forte toxicité de la palytoxine chez les mammifères en fait une des substances d’origine marine les plus toxiques connues. En Méditerranée, des intoxications alimentaires impliquant la palytoxine ou ses dérivés n’ont pas encore été démontrées, même si la présence de toxines a été constatée dans des animaux marins (mollusques, échinodermes, poissons). Par contre, des intoxications par contact direct avec l’algue et/ou les toxines sont possibles. Les espèces du genre Ostreopsis se développent préférentiellement à très faible profondeur, sur d’autres végétaux (macroalgues ou phanérogames) ou directement sur le substrat abiotique. Lorsque les conditions sont favorables (période estivale), ces microalgues peuvent proliférer et se retrouver en suspension dans l’eau, formant parfois des agrégats relativement importants. Ces microalgues (et/ou les toxines) peuvent également se retrouver dans les embruns et les aérosols. En cas de fortes abondances, les conséquences peuvent être néfastes, aussi bien pour la santé humaine que pour l’écosystème. Les conditions deviennent hypoxiques, voir anoxiques, avec des mortalités massives d’invertébrés déjà observées en Nouvelle-Zélande, au Brésil et en Méditerranée. Au niveau de la santé humaine, les réactions sont diverses : irritations cutanées, affections respiratoires, conjonctivites, fièvre et plus rarement détresse respiratoire. Même les personnes n’étant pas en contact direct avec l’eau de mer peuvent être atteintes (en particulier les vacanciers sur les plages ou les routes, dans les restaurants ou dans les habitations). A Gênes, durant l’été 2005, plusieurs centaines de personnes ont ressenti ces différents symptômes et plusieurs dizaines d’entre elles ont été hospitalisées durant plusieurs jours. Les plages atteintes ont été interdites au public pendant plus d’une semaine, en plein été, avec des conséquences économiques certaines. En Espagne, plusieurs habitants d’un immeuble situé en bordure de plage ont été intoxiqués. Concernant les efflorescences d’Ostreopsis le long des côtes françaises, le profil toxinique de différentes souches méditerranéennes a déjà été caractérisé. A l’inverse, le potentiel toxigénique de souches d’Ostreopsis provenant des côtes atlantiques n’a pas encore été analysé. Son étude pourrait contribuer à la caractérisation d’écotypes présents le long
de la façade atlantique. Elle pourrait aussi mettre en évidence de nouveaux risques toxiques liés au développement d’Ostreopsis dans des zones côtières encore considérées comme non-impactées par les dinoflagellés toxiques benthiques."

Thèse François Batifoulier

Des épisodes à Dinophysis affectent périodiquement l'exploitation des fruits de mer dans le Bassin d'Arcachon. Le réseau de surveillance interne au Bassin d'Arcachon montre que Dinophysis est advecté de l'océan ouvert. Le but de cette étude est de déterminer l'origine de Dinophysis. Des campagnes en mer sur le plateau continental Aquitain ont permis d'identifier une zone propice au développement de Dinophysis au large de Capbreton. Les épisodes à Dinophysis dans le bassin d'Arcachon se produisent suite à des vents d'Ouest qui induisent des courants vers le Sud d'après la littérature. L'étude des données hydrodynamiques acquises pendant les campagnes met en évidence un processus complexe et nouveau suite aux vents d'Ouest: de forts courants le long de la côte vers le Nord capables de transporter Dinophysis de Capbreton jusqu'au Bassin d'Arcachon. Un travail de modélisation a permis de reproduire ce courant et d'étudier son mécanisme particulier lié coin Sud-Est du Golfe de Gascogne.

Thèse Cécile Jauzein

L'activité ostréicole de l'Etang de Thau subit, depuis une dizaine d'années, des pertes de production régulières dues à des contaminations des parcs conchylicoles par des microalgues toxiques de l'espèce Alexandrium catenella. Cette thèse a été menée dans le but d'améliorer la compréhension des processus de contrôle environnementaux régulant ces efflorescences toxiques, en étudiant plus particulièrement l'influence des éléments nutritifs azotés et phosphorés sur la croissance d'A. catenella. Ces travaux ont permis de mettre en évidence une grande variété de sources potentielles nutritives pour cette espèce, dont la majorité peut être régénérée au niveau de la colonne d'eau. Différentes sources organiques contribueraient à la croissance d'A. catenella grâce à divers processus de nutrition : absorption direct à travers la membrane plasmique (pour l'urée), dégradation enzymatique dans le milieu extracellulaire (pour le phosphore organique dissous) ou phagocytose (pour internaliser des cyanobactéries). Ces capacités mixotrophes représenteraient un des avantages compétitif permettant à cette espèce de réaliser des efflorescences de grande ampleur ; un autre correspondrait à l'utilisation potentielle de nutriments azotés la nuit. Les expérimentations réalisées ont de plus révélé une grande complexité dans les processus de nutrition de cette espèce, par la mise en évidence de variations temporelles dans les capacités d'absorption, de phénomènes d'excrétion/réabsorption et d'interactions entre processus d'assimilation. Cette complexité a pu être en partie paramétrée afin de définir des relations mathématiques pouvant être intégrées à un futur modèle de croissance.

Thèse Thèse Gabriel Metegnier

Natural populations are constantly confronted with environmental changes (biotic or abiotic). To cope with these disturbances, different responses were evolutionnary selected in the populations. Among them are phenotypic plasticity (which is the ability fora single genotype to express different phenotypes) and genetic adaptation (which is the increase in frequency of advantageous mutations within populations). Both are part of a continuum and their respective contributions to the response of populations is difficult to apprehend. However, studying the links between phenotypic plasticity and genetic adaptation is a way to understand the dynamics of populations and predicting their responses to a changing environment. During my thesis, I focused on studying these links at several scales (intra- and interspecific), in the complex of cryptic species of the microalga Alexandrium minutum, both in vitro and in situ. During this seminar, I will present some of these results, in particular: regarding the phenotypic plasticity, it appears that when facing variations of abiotic factors, the populations adjust the expression levels of certain genes. In particular, genes involved in motility related functions and intercellular interactions are more expressed in cold environments with low salinity. With respect to genetic divergence, populations show genetic differentiation both over time (inter-annually) and when the surrounding species community changes. To conclude, there is a direct interaction, at the intrapopulation level, between genetic divergence and changes in gene expression. In addition to asking many questions about the response capabilities of populations, these results highlight how phenotypic plasticity and genetic changes are linked and interact. They offer a new perspective on the mechanisms that underlie populations responses to their environment.

Les populations naturelles sont constamment confrontées à des changements environnementaux (biotiques ou abiotiques). Pour faire face à ces perturbations, différentes réponses ont été sélectionnées au cours de l'évolution. Parmi elles se trouvent la plasticité phénotypique (qui est la capacité pour un même génotype d'exprimer différents phénotypes) et l'adaptation génétique (qui est l'augmentation en fréquence de mutations avantageuses au sein des populations). Toutes deux font parties d'un continuum et leurs apports respectifs à la réponse des populations est difficile à appréhender. Cependant, étudier les liens entre plasticité phénotypique et adaptation génétique est une manière de comprendre les dynamiques des populations et de prévoir leurs réponses à un environnement changeant. Durant ma thèse, je me suis attaché à étudier ces liens à plusieurs échelles (intra- et interspécifique), chez le complexe d'espèces cryptiques de la micro-algue /Alexandrium minutum/, et ce à la fois /in vitro/ et /in situ/. Lors de ce séminaire, je présenterai certains résultats, en particulier : En ce qui concerne la plasticité phénotypique, il apparaît que face à des variations de facteurs abiotiques, les populations ajustent les niveaux d'expression de certains gènes. Notamment, des gènes impliqués dans des fonctions de motilité et d'interactions intercellulaires sont plus exprimés dans des environnements froids à faible salinité. En ce qui concerne la structuration génétique, les populations montrent de la différentiation génétique à la fois au cours du temps (inter-annuellement), mais aussi lorsque la communauté d’espèces environnante change. Pour conclure il existe, aux niveaux intrapopulationnel une interaction directe entre divergence génétique et changements d'expression de gènes. En plus de poser de nombreuses questions quant aux capacités de réponse des populations, ces résultats soulignent comment plasticité phénotypique et changements génétique sont liés et interagissent. Ils offrent une perspective nouvelle sur les mécanismes qui sous-tendent les réponses des populations à leur environnement.

Thèse de Khadidja Zeyneb Klouch

La composition des communautés de protistes et leur dynamique temporelle sont traditionnellement étudiées en analysant des séries de données de surveillance/observation dont la mise en place est relativement récente (≤40 ans). Dans cette étude, nous avons analysé les traces biologiques (formes de résistance et ADN ancien) préservés dans des sédiments couvrant une échelle temporelle d’environ 150 ans afin d’étudier les changements de la composition et la dynamique temporelle des protistes marins, principalement dans deux écosystèmes estuariens de la rade de Brest (Bretagne, France). Les analyses de metabarcoding montrent que seulement une partie minoritaire (16-18%) de la richesse des protistes (#OTUs) des sédiments superficiels est retrouvée dans les sédiments profonds et que la plupart des protistes présents dans les sédiments anciens sont connus pour être capables de produire des formes de résistance. La composition des communautés de protistes étaient différenciées en deux principales paléocommunautés (avant/après 1950), suggérant une biodiversité spécifique à chaque période. Les abondances relatives des dinoflagellés ont montré une tendance à la baisse depuis les années 70’ et les genres Alexandrium et Gonyaulax ont montré une dynamique opposée en termes d’abondance relative à travers le temps. Les données paléogénétiques (PCR en temps réel) suggèrent qu’A. minutum est présente dans la rade depuis au moins 1873 ± 7 et qu’au cours des derniers 150 ans, l’espèce est devenue envahissante, proliférant dans la rade seulement ces dernières années. De plus, Les données de PCR en temps réel suggèrent que la partie sud-est de la rade, où des sédiments à typologie vaseuse sont plus abondants, est potentiellement plus favorable à l’accumulation des kystes de l’espèce. Les analyses écophysiologiques (taux de croissance, taux de consommation de phosphore, biomasse maximale atteinte) réalisés sur des souches de dinoflagellés (A. minutum et Scrippsiella donghaienis) obtenues par germination montrent une forte variabilité phénotypique intraspécifique au sein des deux espèces et dans les deux milieux étudiés. Les résultats de ces travaux de thèse contribuent au domaine de la recherche en paléoécologie sédimentaire, montrant les avantages et les limites de cette approche pour révéler des patrons biologiques encore peu explorés.

Thèse Marc Arancio

De nombreuses espèces de dinoflagellés autotrophiques peuvent être parasitées par de multiples parasitoïdes eucaryotes comme Amoebophrya spp. ou Parvi/ucifera spp. Ces parasitoïdes ont un cycle de vie particulier avec une alternance obligatoire entre un stade libre infectieux, appelé zoospore, et un stade intracellulaire de sporulation. Le stade de sporulation, pendant lequel le parasite consomme l’hôte et se multiplie, dure entre 2 et 4 jours. Il abouti à la mort de l’hôte et à la libération de plusieurs dizaines, voir plusieurs centaines de zoospores. Chacun des zoospores est capable d’infecter un nouvel hôte ce qui fait de ces parasitoïdes des pathogènes très infectieux avec une grande capacité de prolifération. Plusieurs études ont ainsi pu démontrer leur fort potentiel pour contrôler la population de leurs hôtes en quelques jours. Les observations effectuées dans l’estuaire de la Penzé, dans le nord-ouest de la France, ont également montré que les hôtes et les parasitoïd es de ce milieu sont génétiquement très diversifiés. Cette diversité génétique et phénotypique suggère des interactions très variées ainsi qu’une dynamique d’infection très complexe dans ce système.
L’objectif de cette thèse consiste à appréhender cette dynamique d’infection parasitoïdes-dinoflagellés dans un estuaire fortement mélangé tel que celui de la Penzé ainsi qu’une meilleure compréhension des différentes interactions ayant lieu au sein de ce système. Afin de répondre à cette problématique de ce système nous avons utilisé l’approche de la modélisation individu-centrée (IBM).
Dans la première partie de cette étude, le modèle simulant la dynamique d’infection dinoflagellé-Amoebophrya a été paramétré avec des données de la littérature et utilisé pour évaluer différents processus pouvant mener à la persistance à long terme du système hôte­ parasitoïde. Les trois processus les plus à même d’intervenir dans la dynamique ont été testés : la diminution de l’infectivité, l’action d’un brouteur sur les parasites et le processus de désenkystement. La persistance du système a été obtenue dans tous les cas mais les conditions nécessaires pour l’obtenir en diminuant l’infectivité n’étaient pas réalistes par rapport à la variabilité observée des paramètres modifiés. L’action des brouteurs a produit des cycles courts et stables d’une dizaine de jour grâce à un contrôle de la population des parasites. Ce processus reste cependant difficile à observer dans l’environnement. Le processus de désenkystement semble responsable de la persistance interannuelle du système. Des cycles durables d’une période de 50 jours ont été produits même en présence de conditions instables. Ces cycles peuvent être obtenus avec une forte proportion de kystes infectés tant qu’une partie d’entre eux reste saine.
Dans la seconde partie de ce travail, l’influence que peuvent avoir différents types de parasitoïdes sur la dynamique d’infection et la succession des espèces de dinoflagellés est étudiée à l’aide du modèle IBM. La paramétrisation des différentes espèces de parasites a été effectuée sur la base de plusieurs dynamiques d’infection suivies en laboratoire pendant plusieursjours. Ainsi les paramètres d’infection (temps de maturation , production de parasites par cellule infectée, probabilité d’infection par contact et taux de mortalité) de plusieurs couples ont été estimé et d’autres comme le paramètre de rencontre ont été calculé théoriquement. Une communauté de dinoflagellés artificielle constituée de différents phénotypes (définie par leur taux de croissance ou fitness) a ensuite été mise en présence des différents parasitoïdes (spécifiques ou généralistes) lors de plusieurs simulations durant un cycle annuel avec des forçages réalistes de lumière, de température, de marée et de débit de rivière. En présence de parasites spécifiques, la communauté de dinoflagellés a produit une succession de phénotypes. Chaque phénotype peut alors devenir le phénotype dominant et ce même avec une fitness inferieur. Au contraire lors de l’introduction des parasites généralistes, la dynamique d’infection résulte en une série d’extinction de la communauté entière. Dans ce scénario, seuls les phénotypes avec une fitness élevée ont la possibilité de se développer à de fortes abondances.
Dans la dernière partie de cette étude, nous avons tenté d’améliorer l’estimation du paramètre utilisé pour calculer le taux de rencontre entre les hôtes et les parasites. Plusieurs méthodes d ’observations ont été utilisées pour tenter d’estimer ce paramètre. Comme l’événement à observer est rare el que les méthodes d’observations ne permettent pas de suivi assez long pour avoir une bonne représentativité statistique de l’évènement, une méthode numérique intermédiaire (simulation du comportement natatoire de l’hôte et du parasite) a été utilisée. Les observations ont donc servi à analyser le comportement de nage des organismes pour l’implémenter dans un modèle numérique et estimer le paramètre de rencontre. Pour les divers comportements simulés, le modèle a démontré une modification non négligeable de ce paramètre (environ 10%) du au changement de la trajectoire théorique rectiligne à hélicoïdale de l’hôte et également l’importance de prendre en compte le comportement des parasitoïdes (modification du même ordre de grandeur). Les comportements hétérogènes des organismes sont donc à prendre en compte pour une paramétrisation plus efficace.
En conclusion, cette étude a démontré la complexité et la diversité des interactions ayant lieu dans ce type de système, comme l’influence de la spécificité d’un pathogène sur la dynamique de la population hôte, ou la capacité de ces pathogènes a modifier la niche réalisée de leur hôte en contrôlant efficacement sa population e offre également des possibilités supplémentaires pour modéliser des systèmes complexes et concevoir des modèles dynamiques théoriques.

Thèse Cédric Penard

L’eutrophisation des milieux marins côtiers, de plus en plus importante, représente un des impacts majeurs des activités humaines sur l’environnement. Les phénomènes d’eutrophisation sont en constante augmentation; ces dernières décennies ont vu le nombre de sites touchés augmenter de par le monde. La bande côtière bretonne est particulièrement concernée par ce phénomène. L’objectif de ce travail est multiple. Il vise d’abord à mettre en évidence et à quantifier l’impact et le rôle des apports en nutriments sur la production primaire et l’eutrophisation des milieux côtiers, de façon à suggérer des solutions ou des pistes d’amélioration. Ensuite, il a aussi un objectif de prévision à court terme de l’état biologique sur la zone. Pour atteindre ces objectifs, un modèle en temps réel a été mis en œuvre, dont les résultats, comparés à des mesures satellitaires, sont présentés sur www. Previmer. Org. L’outil principal de ce travail est un modèle couplé physique/biogéochimie. La partie hydrodynamique est fournie par le code Mars3D (3D hydrodynamical Model for Application at Regional Scale) développé à IFREMER. Au code hydrodynamique Mars3D est couplé le modèle des cycles de l’azote, du phosphore et du silicium d’IFREMER. A ce modèle de base a été ajouté celui d’un genre spécifique de phytoplancton : le genre Pseudo-Nitzschia. Certaines espèces de Pseudo-Nitzschia sont réputées toxiques. En effet, ce phytoplancton a la capacité de synthétiser une toxine: l’acide domoïque. Cette toxine est responsable du syndrome ASP (Amnesic Shelltish Poisoning). Le modèle reproduit globalement les mêmes zones de toxicité que les mesures du REPHY, et donne des résultats encourageants.

Thèse de Pierre Ramond

Protists are the eukaryotic share of microbial communities, in the ocean they represent the first link between the harsh aquatic environment and its biocenosis. The distinct roles and adaptations of marine protists to their environment constitutes their functional diversity. A number of marine protist have been discovered by DNA-based taxonomy, however due to their recent discovery the functional diversity of these organisms is still unknown. In this project, the functional diversity of marine protist is studied by coupling a genetic survey (V4 marker of 18S rDNA) of 1145 distinct samples from various coastal ecosystems and a trait approach constituted of 13 traits describing the ecological strategies of marine protists. As a first step, in terms of functional redundancy, changes in the community of marine protists were tightly coupled with changes in the functional role it expressed. These results contrasts with observations about prokaryotes and the distinct evolutionary process at stake are commented. The smallest size-fractions also displayed a higher functional diversity probably influenced by less stringent requirement and the higher pelagic resource availability for this compartment. In a second application associated to a tidal front, the influence of the environment on marine protists is studied. The phototrophic protists presented a maximum of taxonomic and functional diversity at the front. The diversity maximum was influenced by dispersal (at an ecotone) but also by physical cycles of nutrient inputs and stratification, which allowed to decrease competitive exclusion and to alternate the dominant ecological strategy. Reversely, the diversity of heterotrophic protists was less structured over this environment. It is postulated that heterotrophic protists could be influenced by similar processes as dispersal and resource availability, however because their nutrition is related to biological interactions, their distribution is less influenced by the environment. In a last section, parasitism of a single dinoflagellate species was showed to be carried out by few specialized protistan parasites. These results underline that the predation role of protistan communities might be dictated by the extent of specialized interactions involving heterotrophic protists and their prey.