Zooplankton use of terrestrial organic matter in aquatic food webs

La moitié de la matière organique terrestre (MOt) transportée des bassin-versants vers les océans par les écosystèmes aquatiques est transformée pour être diffusée dans l'atmosphère ou stockée dans les sédiments. Ce rôle de puits ou de source de carbone (C) des écosystèmes aquatiques est grandement influencé par les réseaux trophiques de ces systèmes et notamment le zooplancton tenant une position clé dans ces réseaux. Un nombre croissant de recherches ont démontré une assimilation importante de MOt dans la biomasse zooplanctonique, assimilation que l'on nomme allochthonie. Malgré les conclusions de ces études, le rôle de la MOt dans les réseaux trophiques aquatiques est encore mal compris surtout lorsque l'on considère que cette source allochtone de l'écosystème qui est largement intégrée dans les tissus zooplanctoniques en milieu naturel ne permet pas une survie ou une reproduction suffisante des organismes en laboratoire. Une augmentation des apports en MOt est prédite dans un futur proche avec les changements climatiques. Les effets sur les réseaux trophiques aquatiques et notamment le zooplancton sont très peu connus et nécessitent des recherches approfondies. Ce projet de doctorat vise à quantifier l'importance de la MOt pour la communauté zooplanctonique afin de mieux comprendre son rôle dans les réseaux trophiques aquatiques. L'intégration de la MOt par les principaux taxons de la communauté zooplanctonique d'un lac boréal a été étudiée à différentes saisons et dans différents habitats. Premièrement, l'allochtonie basée sur des signatures d'isotopes stables (δ13C) a été mesurée chez les principales espèces zooplanctoniques ainsi que leur production (croissance et reproduction) respective. Pour la première fois, une nouvelle variable représentant le taux de MOt intégrée dans la biomasse pour chaque semaine a été proposée : l'allotrophie et a été calculée durant une année entière. Deuxièmement, complétant l'approche des isotopes stables, la composition en acides gras biomarqueurs terrestres, algaux et bactériens a été mesurée pour estimer l'allocation de ces différentes sources dans les réserves lipidiques du zooplancton. Le but était d'évaluer si la MOt était une source alternative à la production primaire autochtone lorsque cette dernière est faible notamment en hiver sous le couvert de glace. Troisièmement la variabilité spatiale intra-lac de l'allochtonie basée sur les isotopes stables δ13C et δ2H a été estimée en fonction des bancs de macrophytes aquatiques et des points d'entrée de MOt via les tributaires du lac. Les hypothèses de recherche prédisaient que l'allochtonie ainsi que les acides gras biomarqueurs terrestres et bactériens seraient plus importants en hiver sous la glace que pendant la période d'eau libre lorsque la production phytoplanctonique est minimale. Il était également supposé que l'allochtonie serait distribuée de manière hétérogène, spatialement, à l'intérieur du lac selon les bancs de macrophytes et les sources de MOt. Finalement, il était présumé que les macrophytes diminuent l'allochtonie du zooplancton qui devait au contraire augmenter à proximité des tributaires. Afin de tester ces hypothèses, un échantillonnage de la communauté zooplanctonique et des sources de C a été effectué durant une année entière, de manière hebdomadaire en été et toutes les deux semaines en hiver portant une attention particulière aux processus se passant sous le couvert de glace. Un deuxième échantillonnage s'est intéressé à la distribution spatiale de l'allochtonie de l'espèce principale de la communauté de crustacés zooplanctoniques lors de deux saisons (printemps et été) significativement différentes dans leurs apports de source de C (phytoplancton, apports de MOt, macrophytes, algues benthiques). L'allochtonie était importante pour chacune des espèces de zooplancton se stabilisant autour de 60% en automne et durant la majeure partie de l'hiver. Lors de la transition hiver-printemps, l'allochtonie diminua fortement chez toutes les espèces. Lorsque l'allochtonie fut couplée avec la production de zooplancton, la production primaire brute, la production bactérienne ainsi que les nouveaux apports de MOt ont été identifiés comme les principaux facteurs influençant l'intégration de MOt dans la biomasse zooplanctonique. Selon l'approche des acides gras, une période critique d'accumulation des réserves lipidiques a été identifiée en automne et se poursuivant en hiver sous la glace, ce qui va à l'encontre du paradigme en matière de disponibilité de nourriture phytoplanctonique en hiver. Cette période a été identifiée comme essentielle à la survie du zooplancton qui reste actif toute l'année y compris en hiver. La distribution spatiale de l'allochtonie dans le zooplancton était hétérogène et influencée par la proximité des bancs de macrophytes ainsi que par les tributaires majeures contribuant à l'hydrologie générale du lac. Pris collectivement, ces résultats ont permis de montrer que l'intégration de la MOt dans les réseaux trophiques aquatiques est très dynamique saisonnièrement et spatialement même à l'intérieur d'un seul lac. Contrairement à nos hypothèses, le patron saisonnier de l'utilisation de la MOt par le zooplancton a décrit l'hiver en tant que période critique d'assimilation de C autochtone soulignant l'importance des différentes allocations de la MOt dans les organismes zooplanctoniques. Ces résultats suggèrent que la MOt est une source complémentaire mais pas une alternative aux sources autochtones. Pour la première fois, cette étude montre l'hétérogénéité spatiale de l'allochtonie du zooplancton à l'intérieur d'un lac et l'explique écologiquement par la présence de macrophytes et l'hydrologie du lac. Enfin, cette thèse rapporte une quantification unique du taux d'assimilation de la MOt dans le zooplancton durant une année entière. Appliquer et étendre de nouvelles approches telles que combiner les acides gras et les isotopes stables et mesurer l'allotrophie afin d'estimer les différentes allocations de la MOt dans d'autres organismes et d'autres écosystèmes, permettra de comprendre comment les écosystèmes aquatiques seront affectés par l'augmentation d'apports en MOt et leur rôle dans la modification du cycle du C mondial. \n______________________________________________________________________________ \nMOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : acides gras, allochtonie, hiver, isotopes stables, macrophytes, production du zooplancton

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