Biome et réseaux alimentaires

Question 1

Chaînes vs réseaux alimentaires

Answer 1

Chaîne alimentaire:
Transfert linéaire et direct de matière et d’énergie entre producteurs primaires, herbivores et carnivores. Chaque organisme occupe un niveau trophique donné.
> Écosystème “simple” avec quelques spécialistes
> Composante dominante d’un réseau alimentaire à un moment donné

Réseaux alimentaire:
Échanges complexes et souvent non-linéaires de la matière et de l’énergie dans l’écosystème. Un organisme peut occuper plus d’un niveau trophique simultanément ou selon la disponibilité des proies ou son cycle vital. Une même proie peut être consommée par plusieurs organismes différents.

Question 2

Les contenus stomacaux

Answer 2

• Avantage: les proies peuvent être identifiées et dénombrées
• Désavantages: biais de digestion différentielle, travail ardu, image fixe (“snapshot”), limité aux grands organismes

Question 3

Les isotopes stables (Arctique)

Answer 3

• Les organismes incorporent la signature atomique de leur proies en concentrant les isotopes lourds
• L’enrichissement en 13C dépend surtout de la source végétale
• L’enrichissement en 15N marque le niveau trophique (en moyenne: + 3.2 %o par niveau trophique)
• Désavantages: les proies ne sont pas identifiées directement
• Avantages: s’applique à toutes les tailles d’organismes

Question 4

Propriétés structurantes des réseaux alimentaires

Answer 4

• Intensité de la production primaire (g C m-2 an-1)
• Taille des producteurs primaires
• Répartition de la production primaire dans le temps
• Type de nutrition (herbivore, omnivore, carnivore)
• Comportement/adaptations:
> Mode d’alimentation (capture, filtration)
> Évitement des prédateurs/capture des proies
> Migrations verticales et horizontales

Question 5

Taille, abondance et biomasse

Answer 5

• Dans l’océan la biomasse des premiers niveaux alimentaires reste relativement constante malgré les différences de taille
• Il existe une relation inverse entre la taille et l’abondance des organismes

Question 6

Taille et stratégie d’alimentation

Answer 6

Petit consommateur: capture
Grand consommateur:
> Capture lorsque faible abondance et proie de grande taille
> Filtration lorsque grande abondance et petite taille

Question 7

Capture et filtration chez les copépodes

Answer 7

• La plupart des copépodes peuvent alterner entre la capture et la filtration selon l’abondance et la taille des proies
• Dans les deux cas l’animal génère un courant qui entraîne les particules à proximité de l’orifice buccal.

Question 8

Le picophytoplancton (0.2 – 2 µM)

Answer 8

• Difficile à observer en microscopie optique classique.
• Domine la biomasse du phytoplancton en régions peu productives
• Responsable de plus de 50% de la production primaire océanique
• Comprend principalement des cyanobactéries (procaryotes) et des microflagellés (eucaryotes).

Question 9

Le picophytoplancton et ses consommateurs

Answer 9

Principaux consommateurs:
• Flagellés
• Dinoflagellés hétérotrophes ou mixotrophes
• Ciliés (protozoaires)
> Groupe planctonique principal: tintinnidés (0.1 à 1 mm)
> Se protègent avec une lorica (enveloppe rigide)
> Utilisent un réseau de cils pour l’alimentation et la locomotion
> Se nourrissent principalement de bactéries et picoplancton
> Peuvent faire la photosynthèse en retenant les chloroplastes

Question 10

Concept de la boucle microbienne

Answer 10

• Le picophytoplancton consomme du CO2 et des nutriments
• Les hétéro/mixotrophes consomment du picophytoplancton et des bactéries
• Tous les organismes relâchent de la MOD (exsudation, excrétion, lyse)
• Les bactéries consomment de la MOD et recirculent les nutriments

Voir diapo 15

Question 11

Boucle microbienne et voie herbivore

Answer 11

Deux extrêmes conceptuels

• Boucle microbienne: recyclage en circuit quasi-fermé de la matière organique et des nutriments basée sur la production du picoplancton.
• Voie herbivore: transfert de la matière du microphytoplancton vers les grands prédateurs.

•Réalité: Échanges entre les deux composantes, dont
l’importance varie selon le lieu ou le moment de l’année.

Question 12

Les appendiculaires (court-circuit)

Answer 12

• Sécrètent une enveloppe gélatineuse protectrice (house)
• Peuvent produire et larguer une enveloppe par jour (pompe)
• Font circuler l’eau en battant de la queue
• Capturent les particules sur un filet de mucus très fin
• Nutrition par filtration (bactéries, phytoplancton, détritus)
• Utilisent le picoplancton malgré leur grande taille relative

Question 13

Les foraminifères (court-circuit)

Answer 13

• Peu d’espèces planctoniques (~40) mais parfois très abondantes
• Grande gamme de taille: 0.1 à 20 cm
• Se nourrissent de bactéries, phytoplancton, zooplancton et larves
• Capturent leurs proies avec des réticulopodes (adhésion)

• Les fossiles sédimentaires sont très utiles pour les reconstructions paléo-climatiques de la température de l’eau.

Question 14

Crustacés arthropodes – les copépodes

Answer 14

• Maillon clé des chaînes herbivores et des réseaux alimentaires
• Taille variable (0.1 à 5 cm)
• Herbivores, carnivores ou omnivores (sélectifs)

Question 15

Migration nocturne type des copépodes

Answer 15

Déclencheur principal: luminosité

Causes hypothétiques des migrations journalières:
• Éviter les prédateurs visuels durant le jour
• Éviter les dommages causés par les rayons UV
• Maximiser le succès d’alimentation
• Limiter l’exposition aux toxines algales durant le jour
• Conserver l’énergie: la température est plus basse en
profondeur et permet de réduire le taux métabolique
• Rétention en milieu estuarien

–> La migration peut cesser en l’absence de prédateur ou de toxines

Question 16

Prédateurs visuels des copépodes

Answer 16

Crustacés amphipodes hypériidés (jusqu’à 25 cm):
• Alimentation par capture (ex: copépodes)
• Nourriture importante pour poissons et oiseaux en régions polaires

Sont consommés par:
• Larves de poisson
• Juvéniles et adultes des poissons planctivores

Question 17

Les chétognathes (non-visuels) - vers sagittaires

Answer 17

• Prédateurs non-visuels des copépodes
• Environ 80 espèces répertoriées, toutes carnivores (4-10 cm)
• Détectent le mouvement des proies avec des mécanorécepteurs
• Restent généralement immobiles et
attaquent par impulsions rapides
• Capturent leurs proies avec des crochets
• Effectuent des migrations nocturnes

Question 18

Les annélides (polychètes)

Answer 18

Prédateurs non-visuels des copépodes
• Tomoptéris (taille de 5 à 10 cm)
• Parapodes aplatis pour la nage

Question 19

Gélatineux: Cténophores

Answer 19

• Environ 100 espèces répertoriées, toutes carnivores (60 mm à 15 cm)
• Se déplacent en battant des cils qui parcourent le corps
• Capturent leurs proies avec les colloblastes de leurs tentacules
• Se nourrissent de copépodes, œufs et larves de poissons
• Leur prolifération pose de nombreux problèmes écologiques

Question 20

Les migrations verticales ontogéniques (saisonnières)

Answer 20

• Liées aux cycles vitaux et à la saisonnalité des proies
• Lorsqu’il y a peu de nourriture l’hiver, plusieurs
organismes migrent en profondeur
• Les taux métaboliques sont réduits

Déclencheurs:
•Baisse/hausse de température
•Disponibilité de nourriture
•État des organismes (quantité de lipides)
•Stade ontogénique

Question 21

Migration ontogénique des copépodes

Answer 21

• Les jeunes stades maturent et accumulent des lipides durant la saison productive, puis descendent en profondeur.
• Les femelles entrent en diapause (dormance) pour l’hiver. Certaines espèces pondent en profondeur (C. hyperboreus)

Question 22

Poissons épipélagiques importants

Answer 22

Petits poissons planctivores
> Anchois, sardines, harengs, alose
> Les plus petits se nourrissent de microphytoplancton (diatomées)
> Les plus grands se nourrissent de petit zooplancton (copépodes)
–> Coloration argentée: Ces organismes reflètent efficacement la lumière, ce qui peut confondre un prédateur (ex: réflexion du soleil dans un miroir). Cette coloration est fréquente chez les petits poissons planctivores.

Poissons piscivores
> Thon, saumon, maquereau, requin
–> Contre-gradient de couleur: Différence de couleur entre le dessus et le dessous d’un organisme. Une coloration foncée sur le dessus permet de se fondre avec les profondeurs. Une teinte pâle en dessous permet de se fondre avec la surface et le ciel

Question 23

Les bancs (schooling)

Answer 23

• Certains organismes se tiennent en bancs tout au long de leurs vies, d’autres seulement aux stades juvéniles ou durant l’alimentation.
• Les individus sont généralement de tailles semblables et maintiennent une orientation et une distance uniformes.

Fonction probables:
• Favorise la reproduction
• Favorise la nutrition
• Diminue la probabilité de rencontre avec les prédateurs
• Peut donner l’illusion d’un énorme organisme aux prédateurs
• Confondre les prédateurs (difficile de se fixer sur une cible)

Question 24

Grands mollusques (prédateurs des poissons)

Answer 24

• Céphalopodes (pieuvres, seiches et calmars)
• Capturent leurs proies avec tentacules et ventouses
• Certaines pieuvres secrètent des substances paralysantes
> Limitent leur visibilité par mimétisme (pieuvres)
et dissimulation (calmar)

Question 25

Cétacés

Answer 25

• Odontocètes (baleines à dent)
> Tous des prédateurs
> Capables d’écholocation

Odontocètes delphinidés
> Distribution globale
> Mange: phoques, poissons, oiseaux, baleines
> Peuvent utiliser des battements de queue violents pour assommer les petits poissons regroupés en bancs
> Contre-gradient de couleur

• Mysticètes (baleines à fanons)
> Tous des filtreurs
> Très grande taille

Question 26

Définir les grands biomes pélagiques

Answer 26

Critères
• Latitude (saisons)
• Régime des vents (couche de mélange et nutriments)
• Régime thermique et précipitations (stratification)
• Proximité des côtes (nutriments et “upwelling”)

Impacts
• Intensité de la productivité biologique
• Cycle annuel de cette productivité (répartition temporelle)
• Structure et fonctionnement des réseaux alimentaires

Question 27

Les grandes zones de vent

Answer 27

1. Vents Alizés
2. Vents d’ouest

> Cycle saisonnier marqué dans le nord
Phénomènes régionaux

Question 28

Les 4 grands Biomes pélagiques

Answer 28

1. Biome des vents Alizés
2. Biome des vents d’ouest
3. Biome polaire
4. Biome côtier

Question 29

Production primaire épipélagique

Answer 29

Voir diapo 40 (Partie 1)

Question 30

Biome côtier

Answer 30

• Ressemble en partie aux biomes océaniques associés
• Généralisations difficiles car:
> Plusieurs processus influencent la stratification et le mélange (marées, topographie, vents, courants, fleuves…)
> Influences anthropiques variables (nutriments et contaminants)
> Réseaux alimentaires variés

Question 31

Sous-divisions du biome côtier/néritique

Answer 31

• Les divisions purement naturelles ne suffisent pas
• Utile de définir des unités biogéographiques pour:
- La conservation des écosystèmes
- La gestion des ressources (pêches)

Question 32

Floraisons d’algues toxiques ou nuisibles en milieu côtier

Answer 32

Toxiques
• Production active de substances toxiques pour d’autres organismes (ex. humain)
• Généralement causées par les dinoflagellés
• Les mollusques agissent souvent comme vecteurs

Nuisibles
• Résultent souvent de la production de fortes biomasses (causes naturelles ou anthropiques)
• Effets négatifs causés par la structure, la texture, l’apparence ou l’odeur des algues
• Les cas sévères causent l’anoxie ou l’asphyxie directe

Question 33

Incidence des floraisons d’algues toxiques en milieu marin

Answer 33

• Les apports en éléments nutritifs provoquent des floraisons d’algues toxiques en zone côtière
  > Dans le port de Hong Kong, le nombre de marées rouges par année a augmenté en fonction de la diminution du rapport N:P
• Intoxication Paralysante par les mollusques (IPM)
  > Le mollusque acquière les toxines du dinoflagellé
  > Symptômes: picotements, engourdissement, arrêt respiratoire

Question 34

Effets indirects des algues nuisibles sur les autres organismes

Answer 34

• Bloquent la lumière nécessaire aux plantes submergées (Varech)
• La plupart de ces algues sont “évitées” par le zooplancton et sont décomposées par les bactéries (déficit d’oxygène)
• Mortalité massive de poissons et crustacés commerciaux surtout reliée à l’anoxie (indirecte ou directe), mais aussi à l’effondrement du réseau alimentaire

Question 35

Algues nuisibles: Phaeocystis

Answer 35

• Très fréquent dans l’hémisphère nord, surtout dans l’Atlantique (problème sérieux en Mer du Nord)
• Dégradation du littoral, effets négatifs sur l’écosystème et le tourisme (odeurs)
• Colonies peu accessibles pour le zooplancton, elles flottent en surface où les bactéries les décomposent.
• Effondrement temporaire du réseau alimentaire
• Colmate les filets de pêche

Question 36

Biome des Alizés (trades)

Answer 36

• Connu aussi sous le nom d’océan tropical (45% de l’Océan)
• Ensoleillement illimité toute l’année

En général:
• Zone de mélange stable et stratification thermique permanente
• Productivité généralement faible et constante
> Carence chronique de nutriments en surface
• Réseau alimentaire complexe avec chaînes alimentaires longues

Question 37

Chaîne alimentaire type d’une gyre subtropicale

Answer 37

• 6 niveaux trophiques
• Moins de 0.01% de la production primaire est transférée aux poissons zooplanctivores
  > Basé sur phytoplancton de petite taille (pico)

Exceptions: zones d’upwelling et communautés de Sargassum

Question 38

Le downwelling et l’upwelling

Answer 38

Downwelling: Mouvement descendant engendré par des phénomènes océaniques ou atmosphériques (plongée d’eau)

Upwelling: Mouvement ascendant engendré par des phénomènes océaniques ou atmosphériques (remontée d’eau ou résurgence)

Types principaux d’upwelling:
> côtier (vent)
> par divergence océanique (équatorial, basse pression atmos.)

Types principaux de downwelling:
> associé à l’upwelling (continuité)
> par convergence océanique (haute pression atmos.)

Question 39

Systèmes sub-tropicaux de haute pression

Answer 39

Convergence anticyclonique
> Downwelling

Coriolis
Hémisphère nord:
> sens des aiguilles d’une montre = anticyclonique
> sens contraire = cyclonique

Question 40

Circulation anticyclonique (downwelling)

Answer 40

Systèmes de haute pression subtropicaux (gyres subtropicales)

Conséquences du downwelling
• Très peu de nutriments
• Entraînement du plancton vers le fond
• Productivité biologique très faible
• Comparable à un désert terrestre

Question 41

Communautés de Sargassum spp.

Answer 41

• Algues flottantes en Mer des Sargasses
> de 4 à 10 millions de tonnes

Production locale ou transportée?
• Les deux espèces dominantes (S. natans = 90% et S. fluitans = 10%) n’existeraient qu’à l’intérieur de la mer des Sargasses.
• Biologie différente (multiplication végétative constante)
• Les autres espèces sont détachées de la côte, cessent de croître et meurent.
• Communauté associée: anémones, crabes, hydrozoaires, crevettes et poissons.
• Plus de 50 espèces de poisson connues
• 12 espèces sont endémiques (10 invertébrés et 2 vertébrés)
• Déchets organiques recyclés -> source d’azote pour les algues
• Les algues offrent support pour les oeufs et protection pour les jeunes.

Question 42

L’upwelling équatorial (divergence)

Answer 42

L’inversion de la force de Coriolis à l’équateur engendre une circulation océanique divergente.
> Des eaux riches en nutriments remontent à la surface.

Question 43

L’upwelling côtier

Answer 43

Voir 20 à 22

Question 44

Chaînes alimentaires type d’un upwelling côtier

Answer 44

3 niveaux trophiques

Jusqu’à 20% de la production primaire est transférée aux poissons planctivores (contrairement à < 0.01% pour les gyres subtropicales)

Voir diapo 23 (Partie II)

Question 45

Crustacés arthropodes (krill)

Answer 45

Herbivores de grande taille (6-15 centimètres)
• Alimentation par filtration (diatomées)
• Regroupés en essaims, plusieurs milliards d’individus
• Le passage d’un essaim peut anéantir une floraison
• Nourriture principale pour plusieurs espèces de baleines, pingouins et poissons de taille moyenne.

Question 46

Mysticètes de tailles moyennes

Answer 46

• Distribution tropicale/tempérée
• Taille adulte: environ 16-18 m
• Durée de vie: 45-50 ans
• Krill, petits poissons (hareng)
• Encercle et concentre les bancs
• Engouffreuse (rorqual)

Baleine à bosse: capture des proies
> Mur de bulles insonifié

Question 47

Contribution de l’upwelling à la prise globale de poissons

Answer 47

Par unité de surface les régions d’upwelling contribuent 5000 fois plus de poissons que les eaux du large.

Question 48

Liens entre l’upwelling côtier et l’OMZ

Answer 48

Entraînement d’eaux relativement acides et peu ou pas oxygénées vers les zones côtières peu profondes.
> Pourrait nuire aux organismes benthiques ou calcifiants.

Question 49

Liens entre l’upwelling et la carence en fer

Answer 49

Beaucoup de nitrate, mais relativement peu de chlorophylle (HNLC)

Régions HNLC: hypothèses envisagées
• Couche de mélange trop profonde (Dm > Dcr)
• Broutage intense par le zooplancton
• Production limitée par un autre élément essentiel que
l’azote

Question 50

Métaux traces (le fer)

Answer 50

• Essentiel à la croissance du phytoplancton (faibles quantités)
• Constituant du système photosynthétique (cytochromes)
• Constituant des enzymes (ex. NaR, NiR, nitrogénase)
• Les apports atmosphériques sont essentiels

Question 51

Liens entre l’upwelling et El Niño

Answer 51

Voir diapo 32

Question 52

ENSO: Phénomène El Niño/oscillation australe

Answer 52

• Induit par un cycle naturel dans le gradient de pression atmosphérique est-ouest = oscillation australe (Pacifique sud)
• Lorsque la pression atmosphérique diminue le long des côtes sudaméricaines, les vents alizés du sud-est perdent de l’intensité.
• Dans les cas extrêmes, la direction des alizés est inversée.
• L’upwelling côtier est affecté puisqu’il dépend des alizés dans la région

Question 53

La Niña (phase froide de ENSO)

Answer 53

• Haute pression sur la côte sud-américaine
• Alizés forts et upwelling vigoureux
• L’eau chaude s’accumule dans la portion ouest du Pacifique

Question 54

El Niño (phase chaude de ENSO)

Answer 54

• Forte baisse de pression sur la côte sud-américaine
• Alizés faibles ou inversés et cessation de l’upwelling
• L’eau chaude s’étend jusqu’à l’Amérique du Sud en décembre

Question 55

Cycle ENSO et variabilité d’El Niño

Answer 55

• Cycle irrégulier de 3 à 5 ans.
• L’intensité et la durée des El Niño ne sont pas constantes.
• Depuis la fin des années 70, on constate une dimimution de l’intensité de la phase froide et vice-versa pour la phase chaude. La tendance semble s’inverser.
• Les derniers El Niño ont été assez faibles.

Question 56

Biome des vents d’ouest (westerlies)

Answer 56

• Stratification et couche de mélange saisonnières
• Ensoleillement limité durant l’hiver mais fort à l’été
• Le mélange hivernal apporte des nutriments
• Floraison (bloom) principale de phytoplancton au printemps
• Floraison secondaire à l’automne
• Réseau alimentaire de complexité moyenne
• Chaînes alimentaires de longueur intermédiaire

Question 57

Cycle annuel de floraison dans l’Atlantique Nord

Answer 57

Voir diapo 41 à 44

Question 58

Systèmes dépressionnaires (basse pression)

Answer 58

Divergence cyclonique
> Upwelling

Coriolis
Hémisphère nord:
> sens des aiguilles d’une montre = anticyclonique
> sens contraire = cyclonique

Question 59

Circulation cyclonique (upwelling)

Answer 59

Systèmes de basse pression subpolaires
-> minimum aléoutien et minimum islandais

Conséquences de l’upwelling (combinées au mélange):
• Apports de nutriments
• Maintient du plancton en surface
• Productivité biologique accrue

Question 60

Upwelling et downwelling dans les tourbillons

Answer 60

Les tourbillons sont causés par des étranglements dans les méandres du Gulf Stream

Voir diapo 48

Question 61

Les migrations horizontales intra ou inter-biome

Answer 61

•Les migrations horizontales permettent aux organismes
d’optimiser leur alimentation et de compléter leur cycle vital (reproduction et survie des premiers stades de vie).
•Ces migrations sont plus ou moins passives ou actives selon la forces des courants océaniques et la taille des organismes.
•Les organismes planctoniques ou les petits poissons dépendent fortement de la circulation océanique.
•Les très grands organismes du necton dépendent moins ou peu des courants (nage active), même si ceux-ci permettent de limiter le coût énergétique d’une migration.
•L’arrivée ou le départ d’organismes migrateurs modifie la structure du réseau alimentaire dans une région donnée.

Question 62

Cycle vital de deux baleines

Answer 62

• Durant l’été les baleines s’alimentent dans les zones riches des hautes latitudes.
• Elles passent l’hiver dans les eaux hospitalières subtropicales ou équatoriales pour donner naissance aux baleineaux.