ANALYSE EN ISOTOPES STABLES DE LA MACROFAUNE BENTHIQUE ET DE SES SOURCES DE NOURRITURE

Outil isotopique pour l’étude de l ‘architecture des réseaux trophiques

   L’analyse des contenus stomacaux de même que les mesures de taux d’ingestion par utilisation des isotopes radioactifs sont deux méthodes couramment utilisées pour caractériser les sources de nourriture utilisées par les organismes et donc pour identifier les transferts de la MO au sein des réseaux trophiques. L’une des limitations de ces méthodes tient à la relative incertitude de faire la part entre ce qui a été simplement ingéré et ce qui a été effectivement assimilé par l’animal. L’une des façons d’identifier le type de nourriture assimilée consiste à analyser la composition en isotopes naturels stables des différentes composantes étudiées (James et al. 2000a ; Schindler et Lubetkin 2004). Cette méthode est couramment mise en œuvre dans les travaux portant sur les réseaux trophiques en rivière(Finlay et al. 2002 ; Anderson et Cabana 2007), en lac (France 1995, 1997), en estuaire (Cloem et al. 2002) et dans les sols (Schmidt et al. 2004). En effet, les isotopes stables témoignent de l’assimilation intégrée sur une certaine période de temps, celle-ci correspondant au taux de renouvellement du tissu d’un organisme (Kling et al. 1992). Cette approche est basée sur l’existence d’une relation étroite entre les compositions isotopiques du consommateur et celles des sources qui composent sa diète (Eggers et Jones 2000). En fait, le ratio d’isotopes stables du carbone d’un consommateur est un reflet du ratio isotopique (plus ou moins 1 %0) de sa source de nourriture, donc de sa source d’énergie(DeNiro et Epstein 1978; Peterson et Fry 1987; Jardine et al. 2003). Le ratio isotopique de l’azote permet, quant à lui, de déterminer la position du consommateur dans le réseau trophique étant donné qu’ il y a un enrichissement d’environ 3,4 %0 par niveau trophique (Minagawa et Wada 1984). Les rapports d’isotopes stables (e.g. ô13C et Ô,sN) fournissentainsi des informations sur l’origine et la transformation de la matière (Eggers et Jones 2000). La contribution des différents types de nourriture à la diète des différents groupes d’invertébrés peut être estimée à l’aide des modèles de mélange linéaires pondérés. Un modèle de mélange linéaire pondéré (concentration-weighted linear mixing mode!) prenden compte la proportion de chacune des sources de nourriture dans le régime alimentaire et considère aussi le rapport CIN de chaque source (Phillips et Koch 2002). Ce modèle pennet de transformer les rapports en isotopes stables en composition de la diète, étant donné que la signature isotopique d’un consommateur est le reflet de la signature de ses sources alimentaires et ]a proportion de ces sources dans sa diète. C’est ainsique cette technique pennet, d’une part, d’évaluer les sources de MO dans les écosystèmes et, d’autre part, d’identifier ]a composition du régime alimentaire d’un consommateur donné.

Isotopie tool for the study of network architecture trophic

   One way to identify the type of food assimilated is to analyze the composition of natural stable isotopes of the different components studied (James et al. 2000a; Schindlerand Lubetkin 2004). This method has was used for the study of several environments,other: river (Finlay et al. 2002; Anderson and Cabana 2007), lakes (France 1995, 1997), estuaries (Cloern et al. 2002) and in soils (Schmidt et al. 2004). lndeed, stable isotopes reflect the assimilation integrated over a certain period time, the latter corresponding to therate of tissue turnover an organism (Kling et al. 1992). This approach is based on the existence of a close relationship between the compositions isotope consumer and tho sesources that comprise its diet (Eggers and Jones 2000). ln fact, the ratio of stable isotopes carbon of a consumer is a reflection of the isotopic ratio (more or less 1 %0) of its food source, therefore its energy source (DeNiro and Epstein 1978; Petersonand Fry 1987; Jardine et al. 2003). The isotope ratio of nitrogen allows in turn, determine the position of consumers in food web as there is an enrichment of approximately 3.4 %0 by trophic level (Minagawa and Wada 1984). Reports stable isotope (e.g. 8I3C and 815 N) thus provide infonnation on the origin and transformation of matter (Eggers and Jones 2000). The relative contribution of the different food sources to the diet of the different invertebrates groups can be estimated with concentration-weighted linear mixing models. A concentration-weighted linear mixing model considers the proportion of each food sources in the diet and also considers the ratio C/N of each source (Phillips and Koch 2002). This model can transfonn stable isotope ratios in composition of the diet. This is possible because the isotopic signature of a consumer reflect the isotopic signature of its diet and the proportion of each food source in its diet. Thus, this technique allows firstly, to evaluate sources and fluxes in the POM ecosystems and, secondly, to identify the diet of a specifie consumer. This work aims at characterizing the benthic food webs of seven boreal lakes and examining the relative importance of autochthonous and allochthonous sources of organic carbon in these food webs. To do so, we measured naturally occurring carbon and nitrogenstable isotope ratios of major components of benthic macroinvertebrate communities and their potential diet sources at various sites within the seven lakes. AIso, we established the trophic position of macroinvertebrates with their stable nitrogen isotope signature.

Potential food sources

  The littoral benthic environrnent is complex (Wetzel 2001; Hecky and Hesslein 1995). Indeed, it can harbor several types of food sources with multiple origins su ch as POM, DOM and SOM (Meili 1992; Gu et al. 1994; Hecky and Hesslein 1995; Giorgio and France 1996; Grey et al. 2001; Vos et al. 2002; Macalady and Walton-Day 2009), primary producers (epilithon, macrophytes and epixylon) (Osmond et al. 1981; Hecky and Hesslein 1995; Wetzel 2001) and terrestrial detritus (Hecky and Hesslein 1995; Caraco and Cole 2004; Carpenter et al. 2005). The POM has been removed from ca1culation of the linear mixing models because it does not inform us about the type of material that is eaten by organisms. It is not possible to say wh ether this source of carbon is allochthonous or authochthonous. Indeed, POM may be a mixture of several different carbon sources (Meili 1992; Wetzel 1995; Giorgio and France 1996; Grey et al. 2001). For instance, Giorgio and France (1996) showed that phytoplankton is frequently represented in the composition of POM and Fry and Sherr (1984) have shown that the isotopic signature of POM was related to phytoplankton productivity. In sorne lakes, POM is also composed ofterrestrial detritus (Wetz el 1995) and the isotopic signature of the POM is the isotopic value of this terrestrial detrltus (Jones et al. 1998). Grey et al. (2001) have found that in addition to terrestrial detritus and phytoplankton, POM also contains bacteria. Moreover, the isotopic value of the POM changes depending on its composition and the time of the year (Gu et al. 1994; Grey et al. 2001). ln our study, bl3C values of POM varied between -33.61 and -29.12 %0 and were within the range reported by Giorgio and France (1996) (i.e., between -35 and -20 %0).

Table des matières

REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
ABSTRA CT
INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE 1 ANALYSE EN ISOTOPES STABLES DE LA MACROFAUNE BENTHIQUE ET DE SES SOURCES DE NOURRITURE DANS LES ENVIRONNEMENTS LITTORA UX LA CUSTRES BOREA UX 
1.1 RESUME EN FRANÇAIS DE L’ ARTICLE
1.2 BENTHIC FOOD WEB STRUCTURE OF BOREAL LAKES ASSESSED BY STABLE ISOTOPE ANALYSIS
CHAPITRE 2 CONCLUSION
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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