Acclimatation et adaptation des organismes marins au changement global: effets combinés de l'hypoxie et de la température // Acclimation and adaptation of marine organisms to global change : combined effects of hypoxia and temperature

La distribution des espèces en milieu marin est fortement influencée par les paramètres abiotiques comme la température et la concentration en oxygène. La température affecte la physiologie des individus, non seulement par ses valeurs parfois extrêmes, mais aussi par sa variabilité et à quelle échelle de temps cette variabilité s'exprime (chaotique, journalier, saisonnier). Certains environnements sont aussi caractérisés par des concentrations d'oxygène qui peuvent être très faibles (hypoxie) ou très variables dans le temps. Ces faibles concentrations en oxygène peuvent aussi limiter la tolérance aux fortes températures (Pörtner, 2001). Au cours de l'année, des populations peuvent aussi faire preuve de changements dans leur tolérance par exposition graduelle à des températures ou concentrations en oxygène différentes. Ce phénomène, l'acclimatation, a cependant des limites qui ne sont pas encore bien appréhendées. Des études ont montré que les espèces marines peu exposées aux variations saisonnières de température ne semblaient pas capables d'acclimatation, au contraire des espèces tempérées dont la tolérance à l'augmentation de température peut changer de 5˚C au cours de l'année, avec des implications sur la tolérance à une augmentation de température à long terme (Peck et al., 2014). Dans le contexte du changement global, les espèces seront non seulement exposées à une augmentation de température mais aussi à une hypoxie croissante dans certains environnements (solubilité de l'oxygène diminuée, augmentation de la demande métabolique des organismes et consommation de l'oxygène dissout par les microorganismes dans les zones eutrophiques) (Diaz & Rosenberg, 2008 ; Vaquer-Sunyer & Duarte, 2008). L'effet de cette hypoxie et de l'éventuelle acclimatation qu'elle pourrait induire sont encore très peu étudiés, en particulier lorsqu'il est combiné à celui d'une augmentation de température.
Le projet de thèse vise à étudier l'effet combiné de la variabilité de la température et de la concentration en oxygène depuis le niveau de l'individu, jusqu'à l'écosystème. Il repose sur (1) de l'expérimentation en conditions contrôlées au laboratoire pour déterminer la tolérance à ces paramètres séparément et combinés sur des populations isolées, (2) en mésocosmes d'écosystèmes simplifiés, ainsi que (3) des observations en milieu naturel (lagunes méditerranéennes, mer ouverte).
Les lagunes méditerranéennes offrent des modèles très pertinents d'écosystèmes simplifiés où la variabilité environnementale (température, hypoxie) est prononcée et les phénomènes épisodiques ont un impact particulièrement important. Le compartiment benthique d'une lagune proche de l'Observatoire Océanologique de Banyuls fait l'objet d'un suivi régulier pour sa composition et l'abondance des espèces qui le constituent, montrant des variations saisonnières importantes depuis 4 ans. Cet écosystème simplifié, comprenant 4 espèces principales de macrofaune, permet d'envisager des expérimentations en mésocosme le représentant dans des conditions contrôlées pour tester des hypothèses de modification de l'écosystème naturel dans le contexte du changement global. Enfin, cette lagune est fortement impactée par une espèce de crabe invasive (Callinectes sapidus) et nos expérimentations nous permettront de faire la part de l'effet de cette espèce par rapport aux conditions environnementales qui ont aussi changé depuis son arrivée.
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Species distribution in the marine environment is strongly influenced by abiotic parameters such as temperature and oxygen concentration. Temperature affects the physiology of individuals, not only through its sometimes extreme values, but also through its variability and the time scale on which this variability is expressed (chaotic, daily, seasonal). Some environments are also characterized by oxygen concentrations that can be very low (hypoxia) or highly variable over time. These low oxygen concentrations can also limit tolerance to high temperatures (Pörtner, 2001). Over the course of the year, populations may also show changes in tolerance through gradual exposure to different temperatures or oxygen concentrations. This phenomenon, known as acclimatization, has limits that are not yet fully understood. Studies have shown that marine species with little exposure to seasonal temperature variations do not appear to be capable of acclimatization, in contrast to temperate species whose tolerance to temperature increases can change by 5˚C over the course of the year, with implications for tolerance to long-term temperature increases (Peck et al., 2014). In the context of global change, species will not only be exposed to a rise in temperature, but also to increasing hypoxia in certain environments (reduced oxygen solubility, increased metabolic demand on organisms and consumption of dissolved oxygen by microorganisms in eutrophic zones) (Diaz & Rosenberg, 2008; Vaquer-Sunyer & Duarte, 2008). The effect of this hypoxia, and of any acclimatization it may induce, remains largely unexplored, particularly when combined with temperature increases.
The aim of this thesis project is to study the combined effect of temperature and oxygen concentration variability from the individual to the ecosystem level. It is based on (1) experimentation under controlled laboratory conditions to determine tolerance to these parameters separately and combined on isolated populations, (2) in simplified ecosystem mesocosms, and (3) observations in natural environments (Mediterranean lagoons, open sea).
Mediterranean lagoons offer highly relevant models of simplified ecosystems where environmental variability (temperature, hypoxia) is pronounced and episodic phenomena have a particularly strong impact. The benthic compartment of a lagoon near the Observatoire Océanologique de Banyuls is regularly monitored for its composition and abundance of constituent species, showing significant seasonal variations over the past 4 years. This simplified ecosystem, comprising 4 main macrofauna species, makes it possible to envisage mesocosm experiments representing it under controlled conditions to test hypotheses of modification of the natural ecosystem in the context of global change. Finally, this lagoon is heavily impacted by an invasive crab species (Callinectes sapidus) and our experiments will enable us to assess the effect of this species in relation to the environmental conditions that have also changed since its arrival.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Sorbonne Université SIM (Sciences, Ingénierie, Médecine)

129 Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France

Le(La) candidat(e) devra avoir de solides connaissances en écologie, en particulier en écologie marine, depuis l'acquisition de données sur le terrain, leur gestion dans des tableaux de données, ainsi que l'analyse de données multivariées. Des connaissances en physiologie et mécanismes de réponse au stress seront appréciées. Le travail sur le terrain sera essentiel, parfois dans des conditions météorologiques peu favorables. Un gout pour ce type de travail est important. La capacité de pouvoir lire et comprendre des articles scientifiques en Anglais est très importante pour pouvoir évoluer dans le monde de la science.
The candidate should have a sound knowledge of ecology, particularly marine ecology, from field data acquisition and management in data tables, to multivariate data analysis. Knowledge of physiology and stress response mechanisms will be appreciated. Field work will be essential, sometimes under unfavorable weather conditions. A taste for this type of work is important. The ability to read and understand scientific articles in English is very important to navigate in the world of science.