Soutenance mémoire
Les mammifères marins, des espèces clés des écosystèmes marins
Les mammifères marins forment un groupe paraphylétique présent dans toutes les mers
Les mammifères marins sont des mammifères dépendants, partiellement ou totalement, du milieu marin pour se nourrir, se reproduire ou se déplacer (Berta & Sumich 1999). Il s’agit d’un groupe paraphylétique composé de plus de 120 espèces réparties en trois ordres, les cétacés, les siréniens et les carnivores (Committee on Taxonomy. 2011). On peut en trouver dans toutes les mers et océans du monde et dans la grande majorité des écosystèmes marins (Jefferson et al. 1993).
Des espèces « clé de voûte » pour les écosystèmes
Les mammifères marins peuvent occuper différents niveaux dans les réseaux trophiques : des siréniens, consommateurs primaires, à l’orque, exemple de super prédateur par excellence ; mais la majorité des espèces sont des prédateurs supérieurs (Pauly et al. 1998). Au cours de leur évolution, les mammifères marins se sont diversifiés afin d’exploiter le maximum de la production primaire des écosystèmes. De par leur taille et leur nombre, la quantité de biomasse qu’ils consomment est très importante (Trites et al. 1997). La diversité des niches écologiques occupées et la biomasse consommée par les mammifères marins font qu’ils effectuent un important contrôle top-down sur le fonctionnement et la structure des écosystèmes (Bowen 1997).
Des espèces informatives sur l’état de l’écosystème
Parce que les mammifères marins intègrent et reflètent les variations écologiques du milieu sur une large échelle spatiale et temporelle, ils sont les premières sentinelles des changements des écosystèmes marins (Moore 2008). En tant qu’espèces à longue durée de vie, situées pour la plupart au sommet de la chaîne alimentaire, ils vont accumuler les polluants par des phénomènes de biomagnification (accumulation le long de la chaine trophique) et de bioaccumulation (accumulation au cours de la vie de l’individu (Pierce et al. 2008). Ils seront donc le reflet des pollutions marines (Mössner & Ballschmiter 1997 ; Zhou et al. 2008). Les mammifères marins seront aussi très dépendants de la disponibilité de leurs proies (Learmonth et al. 2006 ; Sveegaard, Andreasen, et al. 2012a) et leurs variations d’abondance et d’aire de répartition peuvent être révélatrices des variations de disponibilité de ces proies (Bearzi et al. 2006) ou de modifications de la température (MacLeod et al. 2005) .
Le milieu marin subit des changements rapides, notamment dus aux actions anthropiques, qui impactent fortement les espèces et les populations
Le changement climatique, principale menace
Depuis 100 ans, la température moyenne de la Terre a augmenté de 0,74°C (GIEC, 2007). Cette augmentation de température est due aux activités anthropiques, notamment l’émission massive de gaz à effet de serre (Levitus et al. 2001 ; Reichert 2002 ; GIEC, 2007). Cette augmentation de température est aussi présente dans les milieux marins dont la température moyenne a augmenté de 0,6°C en 100 ans (Hoegh-Guldberg & Bruno 2010) et l’ensemble des mers et océans sont touchés (GIEC, 2007). L’augmentation de température du milieu marin a de nombreux effets secondaires comme des changements du climat, les fontes des glaciers, la modification des courants marins, l’augmentation de la stratification verticale des couches d’eaux ou l’élévation du niveau de la mer (Learmonth et al. 2006).
D’autres actions anthropiques ont un fort impact sur les écosystèmes
D’autres actions d’origine anthropique ont des effets sur les conditions physicochimiques des milieux marins. L’augmentation de la teneur en CO2 de l’atmosphère va entraîner, par des réactions chimiques en chaîne, une augmentation de l’acidité des océans (Doney et al. 2009). Les activités humaines émettent de grandes quantités de contaminants dans le milieu qui vont se retrouver en partie dans le milieu marin (Ducrotoy et al. 2000). L’utilisation humaine des milieux côtiers et maritimes entraîne aussi une destruction (Airoldi & Beck 2007), une homogénéisation (Thrush et al. 2006) et une fragmentation (Montefalcone et al. 2010) des habitats marins. L’exploitation des ressources biologiques marines a aussi eu un fort impact sur les écosystèmes marins. Depuis 20 ans, 80 millions de tonnes de biomasse sont prélevées annuellement par la pêche et 87% des stocks sont pleinement ou sur- exploités (FAO, 2012), ce qui déséquilibre les réseaux trophiques (Scheffer et al. 2005). Les mammifères marins ont aussi été exploités et le sont encore pour certains avec, par exemple, deux millions de grands cétacés chassés dans l’hémisphère Sud au 20ème siècle (Baker & Clapham 2004). Une autre conséquence de l’exploitation des ressources marines sont les captures accidentelles. Par exemple, plus de 1000 dauphins communs sont capturés accidentellement le long des côtes atlantiques françaises (Mannocci et al. 2012). Ces captures accidentelles sont loin d’être négligeables pour les écosystèmes. Read et al. (2005) estiment que plus de 500 000 mammifères marins pourraient être capturés accidentellement tous les ans dans le monde (Read et al. 2006).
Quels impacts ont ces changements sur les écosystèmes et sur les espèces dont les mammifères marins
Face à ces modifications du milieu qui causent des stress pour les êtres vivants le peuplant, il peut y avoir trois types de réponses différentes : soit ils s’y accommodent par leur plasticité phénotypique, soit ils se déplacent, soit ils meurent (Learmonth et al. 2006). Au niveau des espèces, cela peut entraîner des modifications d’aires de répartitions qui vont dépendre de l’habitat préférentiel ( (MacLeod 2009) et des déplacements des proies (Simmonds & Isaac 2007), des diminutions d’abondance et des extinctions locales ou globales (Pounds et al. 1999). Quatre espèces de mammifères marins, la rhytine de Steller, le phoque moine des caraïbes, l’otarie du Japon et le dauphin de Chine, ont déjà disparu à cause des actions anthropiques (Jackson et al. 2001 ; Sakahira & Niimi 2007 ; Turvey et al. 2007; McClenachan & Cooper 2008)). Les effets sur les écosystèmes sont très importants : les habitats sont modifiés (HoeghGuldberg & Bruno 2010) et les réseaux trophiques, basés sur le développement du plancton très sensible aux variations des conditions physico chimiques du milieu (Winder & Schindler 2004), vont voir leur productivité changer (Gregg et al. 2003) et leur structure se modifier (Beaugrand et al. 2002 ; Richardson & Schoeman 2004). Ces impacts sont si importants que certains écosystèmes, comme les récifs coralliens ou les forêts de laminaires, vont être complètement bouleversés (Jackson et al. 2001).
Les variations du milieu requièrent de comprendre et de conserver les écosystèmes pour limiter les impacts
Des actions de conservation sont nécessaires pour limiter les impacts
Les impacts d’origines anthropiques agissent simultanément sur les écosystèmes et souvent de manière synergique (Letcher et al. 2010). Cette synergie des stress est une des principales causes d’extinction d’espèces (Brook et al. 2008). De plus, les changements sont trop rapides pour que les mécanismes naturels d’adaptation et de spéciation soient suffisants pour éviter les effondrements d’abondance et les extinctions d’espèces (Parmesan 2006). Pour les mammifères marins, DeMaster et al. (2001) estiment que le nombre de populations et d’espèces aura fortement diminué dans 100 ans, à cause de l’intensification des menaces d’origine anthropique (DeMaster et al. 2001). Il est donc primordial de mettre en place des mesures de conservation des espèces, des milieux et des écosystèmes dans leur ensemble, afin d’éviter, ou au moins de limiter, des catastrophes écologiques (Learmonth et al. 2006 ; Gambaiani et al. 2009 ; Simmonds & Eliott 2009).
Des suivis des espèces et des populations pertinents sont requis pour mieux connaître et comprendre
Pour mettre en place des projets et des actions de conservation efficaces, il est nécessaire de comprendre au mieux les espèces et les écosystèmes, les modifications du milieu qu’ils subissent et les impacts potentiels et effectifs de ces modifications (DeMaster et al. 2001 ; Jackson et al. 2001 ; Heller & Zavaleta 2009). Il faut pouvoir détecter et préciser les changements qui ont lieu ainsi que les organismes et les populations les plus en danger (Simmonds & Eliott 2009). Lorsque des mesures de conservation du milieu sont prises, il est de première importance de pouvoir détecter les effets de ces mesures (Gormley et al. 2012). Pour tout cela, les suivis temporels des populations et des espèces et l’étude des réactions des espèces aux changements sont de bons moyens de compréhension (Learmonth et al. 2006). Ces suivis peuvent être réalisés par différents types d’études de terrain et de laboratoire.
Parmi ceux ci, la génétique est un des moyens les plus efficaces pour obtenir des informations à l’échelle micro-évolutive ou écologique et pour suivre les impacts du changement global (Schwartz et al. 2007 ; Frankham 2010). Elle contribue à l’étude et à la conservation des trois types de biodiversité : écosystémique, spécifique et génétique (Frankham 2010). L’analyse de la diversité intraspécifique permet de définir des populations au sein d’une espèce (Moritz 1994 ; Palsbøll et al. 2007) et de suivre l’évolution de leur structure dans le temps (Pauls et al. 2013). La diversité intraspécifique est aussi une caractéristique essentielle à la résistance aux stress environnementaux et il est primordial de l’étudier pour comprendre les conséquences des changements globaux (Pauls et al. 2013). Enfin les outils génétiques sont très utiles pour les études écologiques en permettant d’aider à l’identification d’espèce, à l’étude du régime alimentaire et à la détermination de la richesse spécifique (Valentini et al. 2009) .
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Table des matières
Introduction
Les mammifères marins, des espèces clés des écosystèmes marins
Le milieu marin subit des changements rapides, notamment dus aux actions anthropiques,
qui impactent fortement les espèces et les populations
Les variations du milieu requièrent de comprendre et de conserver les écosystèmes pour limiter les impacts
La mer d’Iroise et ses alentours, un laboratoire d’étude des liens entre mammifères marins et pressions anthropiques
Suivi de la variabilité génétique et de la structure des populations et communautés de petits mammifères marins le long des côtes de Bretagne, et liens avec les modifications du milieu marin induites par les activités anthropiques et la conservation des écosystèmes
Revue Bibliographique
Le changement climatique et ses impacts sur les écosystèmes
Origine et réalité du changement climatique
Quels effets a le changement climatique sur les écosystèmes ?
Les activités anthropiques ont d’autres impacts perturbants pour le milieu marin
L’acidification des océans
Perturbations écotoxicologiques du milieu
Pêche, surpêche et impacts sur les stocks d’espèces cibles et les écosystèmes
Utilisations anthropiques et aménagements du littoral mènent aussi à des modifications
physiques des habitats marins
Les effets de ces menaces sont synergiques
Les mammifères marins
Qu’est ce qu’un mammifère marin ?
Les mammifères marins, un groupe paraphylétique aux multiples points communs
Les impacts du changement global sur les mammifères marins
Les impacts du changement climatique
Les autres menaces d’origine anthropique
Conservation des mammifères marins : nécessités et moyens
La réduction passée de l’abondance des mammifères marins et les impacts anthropiques
actuels nécessitent la mise en place d’une stratégie globale de conservation des mammifères marins
Les mammifères marins occupent une place importante au sein des écosystèmes et leur disparition aurait d’importantes conséquences
La conservation des mammifères marins peut se faire par une protection directe, du milieu ou des espèces liées
Besoin de compréhension et de suivi
De nombreuses connaissances sont pré requises pour la conservation
De nombreux types de suivis des mammifères marins sont possibles
L’analyse du polymorphisme de l’ADN pour étudier les populations
Les différents marqueurs génétiques et leurs caractéristiques
L’étude des polymorphismes de l’ADN est un outil pour connaître et conserver les populations et les espèces
La mer d’Iroise et ses particularités
Chapitre 1 : Le suivi de la biodiversité génétique des mammifères marins des côtes atlantiques françaises
Introduction
L’importance du suivi de la biodiversité
Biodiversité et phylogénie des mammifères marins
Le suivi des échouages : un observatoire représentatif de la biodiversité des mammifères marins ?
L’outil génétique pour le suivi de la biodiversité
Le barcode ADN et le projet BOLD
Suivi moléculaire de la biodiversité génétique des mammifères marins échoués le long des côtes bretonnes
Publication : The use of DNA barcoding to monitor the marine mammal biodiversity
along the French Atlantic coast
Chapitre 2 : Le marsouin commun
Introduction
Biologie de l’espèce
Répartition
Publication : Harbour porpoises (Phocoena phocoena) in north-western France: aerial survey, opportunistic sightings and strandings monitoring
Travaux de génétique des populations
Publication : A European Melting Pot of Harbour Porpoise in the French Atlantic
Coasts Inferred from Mitochondrial and Nuclear Data
Chapitre 3 : Le phoque gris
Introduction
Biologie du phoque gris et menaces affectant l’espèce
Répartition du phoque gris
Suivi du déplacement et du comportement des phoques gris en Bretagne
Génétique des populations
Les particularités des phoques gris en Bretagne rendent intéressante une étude de génétique
des populations
Résultats
Echantillonnage, extraction et amplification
Analyse des polymorphismes de l’ADN mitochondrial
Analyse des polymorphismes de microsatellites
Recherche de paramètres explicatifs des haplogroupes mitochondriaux et de différentiation
génétique
Ajout de séquences de MCR issu de fèces de phoques gris
Ajout des séquences de phoques gris de la mer Baltique
Discussion
L’échantillonnage conséquent a permis une étude génétique portant sur les 10 dernières années
Une grande diversité génétique pour la région de contrôle mitochondriale
Une absence de structure génétique détectée par les marqueurs nucléaires
Les paramètres géographiques, biologiques ou les types d’échantillonnages n’amènent pas de différenciation génétique marquée
Conclusions biologiques de l’analyse de génétique des populations des phoques gris échoués vivants et morts en Bretagne
L’utilisation de fèces pourrait indiquer une spécificité des individus présents sur les reposoirs
Structure génétique du phoque gris à l’échelle européenne
Discussion générale
Les modifications de l’abondance du phoque gris et d’aire de répartition du marsouin
commun sont liés à des modifications des écosystèmes
Apports de notre étude à la conservation
Perspectives
Conclusions
