Niveaux trophiques inférieurs Flashcards
Microbiome aquatique
- virus
- bactéries
- archées
- eukaryotes microbiens
Chaînes trophiques aquatiques
i. La chaîne trophique classique
- -> Phytoplancton > zooplancton > poissons
ii. La boucle microbienne
Phytoplancton > MOD > bactéries > protozoaires
iii. Le réseau alimentaire microbien
Plusieurs voies faisant le lien avec:
MOD; femtoplancton; picoplancton; nanoplancton
Plusieurs voies faisant le lien avec:
MOD; femtoplancton; picoplancton; nanoplancton
i. colorée (CDOM) vs non-colorée
ii. MOD de faible poids moléculaire:
- e.g.: acides aminés, hydrates de carbone
- libérée par les algues et les macrophytes (autochtone)
- utilisée rapidement par les bactéries hétérotrophes
- « turnover » rapide
iii. MOD de haut poids moléculaire
- e.g.: acides humiques et fulviques
- souvent du bassin versant (allochtone)
- réfractaire
- libération du carbone et des nutriments (N, P, Fe) disponibles aux bactéries pendant la photodégradation par le rayonnement UV
Femtoplancton
- les virus
- taille = 0,02 – 0,2 micromètres (m)
- typiquement 10^9-10^10 par litre
- particules les plus nombreuses dans les lacs et les océans
- « turnover » très rapide
- grande biodiversité
- plusieurs sont des phages
(virus qui attaquent les procaryotes)
SIGNIFICATION :
i. Contrôle sur les bactéries
ii. Libération de MOD
iii. Échanges génétiques
iv. Source de C, N, P
Picoplancton
- taille = 0,2 – 2,0 micromètres (µm)
- grande biodiversité
- deux groupes principaux :
i. les bactéries hétérotrophes qui utilisent la MOD
ii. les bactéries autotrophes qui utilisent la radiation
solaire et le CID - surtout les picocyanobactéries.
Signification du picoplancton
i. Capture et utilisation de MOD par les bactéries hétérotrophes.
ii. Certaines espèces hétérotrophes créent des problèmes pour l’eau potable; ex. E coli.
iii. Compétition pour les sels nutritifs.
iv. Souvent il domine dans les conditions
oligotrophes.
iv. Source de nourriture pour les protozoaires
v. Extension (« lengthening ») de la chaîne alimentaire
- plus de perte par la respiration
vi. Diminution de couplage benthos-pélagos
- moins de sédimentation vu leur petite taille
- plus de recyclage dans la couche de mélange par le réseau alimentaire microbien;
e.g., les métaux dans les Grands Lacs
Bactéries hétérotrophes
Fait partie du picoplancton
- typiquement 10^8 - 10^9 cellules L-1
- leur abondance augmente avec le PT
- mais leur abondance relative est la plus grande dans les lacs oligotrophes (qui suggère une grande importance de MOD allochtone pour le réseau alimentaire).
Bactéries sulfureuses
Fait partie du picoplancton
- ont besoin de la lumière et de conditions anoxiques
- Source d’électron :H2S au lieu de H2O
- Deux groupes:
- vertes
ex. , Chlorobium (production de S0 à l’extérieur des cellules) - pourpres;
ex. , Chromatium
Picocyanobactéries
Fait partie du picoplancton
- haute efficacité pour capturer la lumière à cause de leur petite taille (« empaquement ») et leur système de pigments.
- haute efficacité pour transporter les sels nutritifs due à leur grand ratio superficie/volume.
- concentrations très variables; mais plus importantes dans les lacs oligotrophes.
Nanoplancton
- taille = 2 – 20 micromètres (µm)
- grande biodiversité
- trois grands groupes fonctionnels:
i. Hétérotrophes (protozoaires) - utilisent la MOD et la matière organique particulaire (MOP): - nanoflagellés
- ciliés
- rhizopodes
ii. Phototrophes - utilisent la radiation solaire et le CID
e. g. petites diatomées, algues vertes
iii. Mixotrophes - utilisent la radiation solaire et le CID ainsi que la MOD et la MOP - phytoflagellés; e.g. Dinobryon Cryptomonas
Signification du nanoplancton
i. Exercent un fort contrôle sur le picoplancton
ii. Libération de MOD.
iii. Nourriture pour le zooplancton, donc lien trophique important.
iv. Continuité de la production à la base de la chaîne alimentaire, même pendant les périodes de noirceur grâce au nanoplancton hétérotrophe et mixotrophe.
v. Certaines espèces créent des problèmes de la qualité d’eau; e.g. Cryptosporidium; Uroglena.
Importance de la communauté autotrophe
i. Responsables de la production primaire (la photosynthèse), donc source de biomasse et de l’énergie biologique à la base de la chaîne alimentaire; nourriture pour les herbivores.
ii. Responsables aussi pour une grande partie de la respiration dans l’écosystème influençant le bilan phototrophie-hétérotrophie et la dynamique de l’oxygène.
iii. Influencent la qualité de l’habitat pour les autres organismes ; ex., influence du phytoplancton sur la lumière ainsi que sur l’oxygène; macrophytes comme habitat physique pour les oiseaux et les poissons.
iv. Influencent la qualité de l’environnement pour les activités anthropiques; e.g., toxines, apparence, pêche.
v. Indices aux changements environnementaux; e.g. les diatomées périphytiques peuvent être utilisées comme bio-indicateur de la pollution agricole.
Quatre types de communautés autotrophes
i. Le phytoplancton
Ensemble des organismes photosynthétiques qui vivent en suspension dans la zone pélagique.
ii. Le phytoneuston
Ensemble des organismes photosynthétiques qui vivent en contact avec la pellicule superficielle des eaux.
iii. Le périphyton
Ensemble des organismes photosynthétiques qui vivent fixés à la surface des substrats immergés qu’ils soient minéraux (rochers) ou biologiques (c.a.d. sur les macrophytes - plantes aquatiques).
iv. Les macrophytes aquatiques
Ensemble des végétaux aquatiques visibles à l’œil nu.
Le phytoplancton – deux approches à leur classification
i. Classification en relation avec la taille:
Picoplancton : 0,2 – 2,0 micromètres (µm)
Nanoplancton : 2-20 (µm)
Microplancton : 20-200 (µm)
ii. Classification en relation avec le groupe taxonomique
- Cyanobactéries
- Algues vertes
- Diatomées (Bacillariophytes)
- Phytoflagellés (dinoflagellés, chrysophytes, chlorophytes)
Le périphyton
Processus de colonisation d’une surface
Les trois grands groupes de macrophytes
- Macrophytes émergentes
- Macrophytes à feuilles flottantes
- Macrophytes submergées
Dynamique à court terme - structure de la communauté
Dans chaque communauté, la composition spécifique
change avec les saisons
ex., les variations temporelles de différentes espèces de diatomées dans le périphyton.
On peut appliquer le modèle « gain-perte » habituel afin d’expliquer les changements de biomasse de chaque espèces ou les changements de biomasse de la communauté totale. Chaque communauté
possède ses propres processus de gains et de pertes; ex., biomasse du périphyton
Gain de biomasse du périphyton:
Colonisation
Croissance (production primaire)
Perte de biomasse du périphyton:
Broutage
Parasitisme
Érosion (« sloughing »)
Communautés autotrophes – Dynamique à long terme
Réponses à l’eutrophisation: l’abondance relative de chaque communauté change pendant le processus d’enrichissement:
i. Toutes les communautés limitées par les sels nutritifs
VOIR DIAPO 36
ii. Fortes réponses par toutes les communautés à l’enrichissement; biomasse maximale de macrophytes submergées.
iii. Limitation par la lumière; chute d’importance de macrophytes submergées et augmentation d’importance des macrophytes émergentes.
Répartition verticale du phytoplancton
Le phytoplancton est typiquement distribué de façon homogène à travers l’épilimnion à cause de la
diffusion turbulente (le mélange).
Cependant, dans les colonnes d’eau stratifiées,
le phytoplancton manifeste souvent des pics dans le métalimnion à la limite de la disponibilité de lumière mais où les sels nutritifs sont plus disponibles.
Les espèces motiles ou qui flottent (ex. les cyanobactéries) montrent souvent leur maximum de concentration à la surface ou, en hiver, immédiatement en dessous de la glace
Répartition horizontale du phytoplancton
Dans les grand lacs, la répartition du phytoplancton est souvent variable avec les « patchs » (zones de haute concentration) associés avec les processus hydrodynamiques et la disponibilité de sels nutritifs; e.g., les dinoflagellés dans le lac Kinneret.
Dynamique temporelle du phytoplancton
Chaque espèce de phytoplancton montre un cycle qui
est normalement associé avec le cycle de stratification et de mélange
La succession du phytoplancton
Cette dynamique a pour résultat un remplacement continu d’espèces à travers les saisons = la succession
VOIR TABLEAU DIAPO 42
Facteurs qui contrôlent la succession du phytoplancton
Les changements de variables physiques, chimiques et
biologiques contrôlent le remplacement d’espèces.
1. Lumière
2. Température
3. Profondeur de mélange
4. Sels nutritifs
5. Brouteurs
Gains et pertes de la biomasse du phytoplancton
Gains
- Inoculum des sédiments
- Advection
- Diffusion turbulente
- Mouvement actif
- Croissance
- (production primaire)
Pertes
- Sédimentation
- Broutage
- Parasitisme
- Advection
- Diffusion turbulente
Trois stratégies de mouvement actif du phytoplancton
- Flagelles
- Cils
- Vacuoles gazeuses
Chez les cyanobactéries il y a un contrôle de densité effectué par le bilan entre la production de vacuoles gazeuses et la production de lest (« ballast ») -
particules intracellulaires, denses, spécifiquement les hydrates de carbone (e.g., granules de glycogène).
Stratégies pour minimiser les pertes de sédimentation
• Minimiser delta p
(ex, goutelettes de lipides intracellulaires)
• Minimiser r
(ex., les picocyanobactéries)
• Maximiser phi, la résistance contre la sédimentation (ex. certaines desmides comme Staurastrum)
Plus: les stratégies de motilité
Méthodes d’analyse d’un lac
High Pressure Liquid Chromatography (HPLC)
- Concentrations en pigments (µg.l-1)
- -> composition de la communauté
Cytométrie de flux
- Quantification des populations (cells.ml-1)
- -> Picocyanobactéries
- -> Picoeucaryotes
Microscope
- Identification des cellules
- Taille des cellules
Floraisons
- Problèmes associés avec l’eutrophisation
- -> Pour une floraison G»_space; P et Bfinale est très élevé
- Changement d’espèces de phytoplancton avec l’eutrophisation
- Impacts négatifs des floraisons de cyanobactéries
Facteurs contrôlant les floraisons de cyanobactéries
i. Mise en scène
-biologique : population colonisatrice composantes de la biomasse
ii. Avantages compétitifs
-physique : température ; stratification
-chimique : apport intermittent en nutriments
pH élevé ; pCO2 faible
-stratégies biologiques : croissance maximale pertes minimales
iii. Rétro-action et dominance
-physique : lumière ; stratification
-chimique : capture des nutriments et du C
-biologique : allélopathie ; effets sur le broutage
Production primaire
La productivité primaire est la quantité de carbone fixée par photosynthèse dans une période de temps: ex: mg C m^-3 h^-1 g C m^-2 année^-1
Photosynthèse en fonction de l’irradiance
VOIR DIAPO 75
- Point de compensation
- Limitation
- Saturation
- Photoinhibition
Photosynthèse en fonction de la température
Augmentation de Pmax avec température croissante
Photosynthèse en fonction de la profondeur
Zeu = la limite de profondeur de la zone de production nette par unité de volume (zone euphotique).
À cette profondeur : la photosynthèse brute = la respiration
Pour Zmélange > Zeu :
Zcritique = la limite de profondeur de la zone de production nette intégrée par unité de superficie.
Pour toute la colonne d’eau jusqu’à cette profondeur la photosynthèse brute = la respiration.
Estimation de la production primaire
- Biomasse du phytoplancton
- Changements diurnes de l’oxygène, du CID ou du pH
- Incubation in situ dans les bouteilles claires et noires
a) mesures de la teneur en oxygène avant et après l’incubation
b) mesures de l’incorporation de 14C-bicarbonatepar le phytoplancton - Incubations sous conditions contrôlées et modélisation
- Fluorescence naturelle de la chlorophylle a induite au soleil.
Pigments photosynthétiques
Pigment: substance qui absorbe la lumière. La couleur du pigment dépend de son spectre d’absorption. La lumière réfléchie (qui n’est pas absorbée) donne la couleur du pigment
Ex: Les chlorophylles absorbent principalement dans le bleu et le rouge et donc ont une coloration plutôt verte. Les caroténoïdes n’absorbent pas dans le jaune, orange et rouge, d’où leur couleur.
3 grands groupes de pigments avec des spectres d’absorption différents
- Les chlorophylles
- Les caroténoïdes
- Les phycobiliprotéines
Les chlorophylles
Les principales chlorophylles sont:
les chlorophylles a, b, c1, c2, c3 et d.
La plus importante est la chlorophylle a :
- Le principal pigment photosynthétique du règne végétal
- Sa valeur est un indicateur de biomasse,
- Il est donc le pigment le plus mesuré;
- Accepteur principale de l’énergie d’excitation transmise vers les CR.
Les caroténoïdes
- Environ 60 ont été trouvés chez les algues.
- Ils forment avec la Chl a les complexes « light-harvesting » (LHC) qui captent la lumière (de 420-550nm) et transfèrent l’énergie vers les centres réactionnels.
- Certains pigments peuvent se transformer rapidement sous l’action de la lumière: les cycles xanthophylliens (viola-anthera-zea et diadino-diato) apportent une protection essentielle contre la lumière. Ils peuvent aussi servir à stabiliser l’appareil photosynthétique
- Les phycobiliprotéines
On les trouve principalement chez les cyanobactéries, les Rhodophycées et les Glaucocystophycées.
Il en existe quatre types:
•L’allophycocyanine (pigment bleu) principalement chez les Rhodophycées;
•La phycocyanine (pigment bleu-vert) est présente chez les cyanobactéries et les rhodophycées;
•La phycoérythrine (pigment rouge);
•La phycoérythrocyanine.
Rôle des pigments
- La capture de lumière pour la photosynthèse
- Photo-acclimatation/Photoprotection
- -> les cycles xanthophylliens.
- Rôle antioxydant
- -> Le β-carotène et la lutéine sont les pigments antioxydants les plus connus
Méthodes d’analyse des pigments
– Spectrophotométrie
– Fluorométrie /Spectrofluorimètrie
– High Pressure Liquid Chromatography (HPLC)
– LC-MS
Utilisation des pigments en limnologie
Structure de la communauté
> Le spectre d’absorption varie selon les pigments présents donc selon les groupes de phytoplancton
> Spectre d’absorption varie selon les conditions environnementales
Physiologie du phytoplancton-exemple: la photoprotection
> Colonne d’eau homogène,
Phytoplancton n’a pas le temps de s’acclimater à la lumière en surface,
(DD+DT)/Chla stable.
> Stratification de la colonne d’eau
Phytoplancton reçoit plus de lumière
Cellules photo-acclimatées à de fortes lumières
(DD+DT)/Chla diminue avec les profondeur et avec la lumière.
Processus à petite échelle
> La cytométrie en flux
–> Pour chaque cellule qui passe devant le laser, on enregistre ses caractéristiques optique (fluorescence rouge, orange et jaune) et sa taille.
–> Détection des cellules de 1 à 1000 µm.
Processus à grande échelle
« La télédétection est l’ensemble des techniques qui permettent, par l’acquisition d’images, d’obtenir de l’information sur la surface de la Terre (y compris l’atmosphère et les océans), sans contact direct avec celle-ci. La télédétection englobe tout le processus qui consiste à capter et enregistrer l’énergie d’un rayonnement électromagnétique émis ou réfléchi, à traiter et analyser l’information qu’il représente, pour ensuite mettre en application cette information. »
La photoacclimation (photo-adaptation)
Sous les conditions de faibles irradiance les cellules ajustent:
* leur capacité pour capturer les photons
> augmentation de alpha
* leur capacité maximale pour la photosynthèse
> diminution de Pmax
* leur irradiance de saturation
> diminution de Ek
* leur sensibilité à un fort éclairement
> augmentation de beta
