Environmental control of zooplankton pigmentation

Schneider, Tobias (2016). « Environmental control of zooplankton pigmentation » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.

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Résumé

Malgré une longue période de couverture de glace des écosystèmes aquatiques boréaux, les connaissances sur leur écologie hivernale sont limitées. Une des questions actuellement posées est : « pourquoi certains copépodes contiennent-ils des concentrations élevées de caroténoïdes, agents supposés photo-protectifs, en absence de lumière? » La pigmentation en caroténoïdes des copépodes a été décrite comme une adaptation plastique aux menaces antagonistes de l'exposition au rayonnement ultraviolet (RUV) et de la prédation visuelle. Le principal caroténoïde des copépodes, l'astaxanthine, est un puissant antioxydant qui est souvent estérifié à des acides gras suggérant une potentielle connexion physiologique avec les réserves lipidiques. Les copépodes peuvent transférer les lipides et les caroténoïdes à leurs œufs afin de fournir l'énergie et la protection antioxydante nécessaires aux premiers stades larvaires. Le zooplancton devant accumuler leurs caroténoïdes du phytoplancton, élément essentiel de leur régime alimentaire, la disponibilité en nourriture peut augmenter ou limiter la pigmentation des copépodes. Ce projet doctoral a pour objectif d'évaluer le patron saisonnier de la pigmentation des copépodes et d'identifier les facteurs qui le contrôlent. Nous avons suivi le contenu en pigments et en acides gras de Leptodiaptomus minutus dans un lac du Bouclier canadien pendant dix-huit mois couvrant deux saisons hivernales. L'ensemble des variables environnementales potentiellement influentes suivant les principales hypothèses d'accumulation de caroténoïdes par les copépodes ont aussi été suivies, incluant l'exposition au RUV, la température de l'eau, l'abondance et la qualité de la nourriture, la pression de prédation et la production d'œufs des copépodes. Lors d'une seconde étude, nous avons estimé la production primaire pélagique des caroténoïdes et des acides gras afin de quantifier les taux de transfert de ces molécules du seston vers les copépodes et par la suite aux œufs dans le but d'identifier les périodes potentiellement limitantes pour la reproduction des copépodes. À ces observations se s'ont ajoutées des expériences en laboratoire exposant des copépodes vivants à des niveaux naturels de RUV, de lumière visible ou d'obscurité, et ce à deux températures différentes. L'astaxanthine était présente en forme libre aussi bien qu'estérifiée avec un ou deux acides gras. Les esters, qui constituaient entre 62 % et 93 % de l'astaxanthine totale, variaient de façon saisonnière en forte corrélation avec les acides gras. Le changement saisonnier de l'astaxanthine totale des copépodes était caractérisé par une accumulation nette en fin d'automne, jusqu'à 0.034 μg (mg poids sec)-1 j-1, suivie par un maximum hivernal de 3.89 ± 0.31 μg mg-1. Les deux périodes de réduction nette (-0.018 et -0.021 μg mg-1 j-1) coïncidaient avec les pics de production d'œufs au printemps et en été, menant à un contenu minimal en astaxanthine (0.86 ± 0.03 μg mg-1) en automne. Cette période a aussi été caractérisée par la pression de prédation par les jeunes poissons la plus élevée de l'année. L'exposition expérimentale au RUV n'a pas affecté le contenu en caroténoïdes des copépodes. Par contre, la survie des copépodes ainsi que le contenu en caroténoïdes ont été négativement affectés par la température dans les traitements les plus chauds. Ces résultats impliquent que les changements saisonniers de la pigmentation en astaxanthine des copépodes sont fortement liés au métabolisme lipidique plutôt qu'à la protection contre le RUV. L'accumulation et la perte des réserves d'astaxanthine et d'acides gras semblent liées à la disponibilité de nourriture et à la reproduction, avec de potentiels effets additionnels de la température de l'eau et de la pression de prédation. En estimant les taux de production et de transfert de caroténoïdes et d'acides gras au niveau de l'écosystème, nous avons trouvé que la production primaire pélagique outrepassait largement la quantité requise pour la production d'œufs de copépodes en été. Par contre, le pic majeur de reproduction au printemps ne pouvait pas être soutenu par la faible productivité du phytoplancton pendant l'hiver. Les taux élevés d'accumulation de réserves par L. minutus en fin d'automne et en début d'hiver correspondaient à une partie considérable de la production quotidienne effectuée par le phytoplancton, soulignant le rôle crucial que la production primaire pré-hivernale peut jouer dans le cycle de vie des copépodes. Pendant l'hiver, les stocks en astaxanthine et en acides gras des copépodes dépassaient les concentrations des précurseurs correspondants au niveau du seston du lac, soulignant l'importance de l'accumulation de réserves à l'échelle de l'écosystème. En conséquence, les copépodes adultes fonctionnent comme un entrepôt qui lie la biosynthèse de caroténoïdes et d'acides gras par les producteurs primaires en automne à la production d'œufs de copépodes au printemps. Cette thèse est la première qui établit un lien convaincant entre l'accumulation de caroténoïdes des copépodes et leurs réserves lipidiques, en expliquant les dynamiques saisonnières de l'astaxanthine par les besoins reproductifs et les contraintes nutritives. Par ailleurs, les résultats s'inscrivent dans une littérature émergente provenant d'une variété d'écosystèmes différents qui suggère que la photo-protection n'est pas toujours la fonction principale des caroténoïdes chez les copépodes. Finalement, nos observations soulignent le rôle central du zooplancton comme entrepôt de caroténoïdes et d'acides gras pendant l'hiver, ce qui permet l'utilisation continue de ces molécules dans le réseau trophique du lac. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : copépodes, rayonnement ultraviolet, limnologie hivernale, astaxanthine, caroténoïdes, acides gras, réserves lipidiques

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Rautio, Milla
Mots-clés ou Sujets: Copépodes -- Variations saisonnières / Animaux -- Couleur -- Aspect de l'environnement / Caroténoïdes / Astaxanthine / Acides gras / Lipides / Rayonnement ultraviolet / Limnologie / Hiver
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département des sciences biologiques
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 13 sept. 2017 13:39
Dernière modification: 13 sept. 2017 13:39
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/9942

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