Genetic diversity enhances the resistance of a seagrass ecosystem

to disturbance

A. Randall Hughes and John J. Stachowicz

Par :Alexandre CortotSabathé Sebastien

UE 39 : Presentation d'article

Des études récentes suggèrent que la diversité génétique permet d’améliorer les capacités d’un écosystème (Madritch 2003)

Etude de la relation diversité génétique – résistance chez Zostera marina face à une perturbation, ici un phénomène de broutage des herbiers

Actuellement on assiste à une augmentation des phénomènes climatiques extrêmes et parallèlement à une baisse de la diversité génétique de cette espèce

Hypothèse : Une forte diversité génétique améliore la résistance aux perturbations chez les herbiers de Z. marina

Introduction

Espèce étudiée : Zostera marina ( Plantae – Magnoliophyte )

Formation en herbiers monospécifiquesPrésente dans zones sableuses ou sablo-vaseuses tempérées (ex : estuaires zone tempéréeZone d’étude : Baie de Bodega , Californie

Espèce ingénieur d’écosystèmeRôle dans le cycle des nutriments et stabilisation du sédiment

Aujourd’hui ces herbiers sont menacés, fragmentés  (ex : activités humaines , réimplantation)Aboutit à une baisse de sa diversité génétique

93% reproduction végétative7% reproduction sexuée

Source : Reusch et al. 2005

Zone d’Etude : Baie de Bodega , Californie, US

Principe de l’Etude

Mise en place d’herbiers ‘artificiels’ dont la composition génotypique est connue dans une zone d’herbiers de la baie de Bodega (diversité génétique)

Observation pendant près de 10 mois de plusieurs paramètres (densité des pousses de Z. marina , biomasse des épibiontes , quantification des invertébrés, concentration en ammonium NH4+ à la surface du substrat)

Le but étant d’observer la capacité de résistance des herbiers, ceux-ci ont étés soumis à une perturbation : broutage par Branta bernicla lors de la migration saisonnière (hiver 2002-2003)

Tests statistiques : Analyses uni- et multi-variées , analyses de covariance ANCOVA , rapport de densités

Juin 2002 256 pousses de Zostères marquées dans 8 aires de répartition

Echantillons de tissus de chaque pousse marquée identification génotypique

Transplantation ( ‘ transplant shock ‘) dans des blocs d’herbier (X3) contenants chacun 9 parcelles (dont 1 vide) , 15 pousses /m2 avec une composition génotypique de 1 , 2 , 4 ou 8 génotypes

Mesures du nombre de pousses par parcelle toutes les 2 semaines pendant les 4 premiers mois puis à un rythme mensuel

Décembre , migration des oies → consommation importante des Z. marina( jusqu’à 76%)

Matériels et Méthodes

Mesures :

- Densité des pousses = ‘Etat’ de l’écosystème- [NH4

+] disponibilité des ressources

- Biomasse des épiphytes index de ‘condition’ de l’écosystème- Quantification des invertébrés associés

Analyse des données :

- Analyses uni- et multi-variées - Régression multilinéaire effet de la diversité génétique /

variables mesurées- ANCOVA analyse de covariance

Matériels et Méthodes

Résultats

4 phases dans l’évolution de l’herbier :- Transplantation- Développement - Broutage- Récupération

Nb

pous

ses

/ m2 Diversité

génotypique

T D B R

Augmentation de densité jusqu’à la perturbation (perte jusqu’à 76%)

Les analyses statistiques n’ont pas permis d’établir un lien entre la diversité génétique et les réponse du système lors de la phase non perturbée

Résultats

En revanche on observe des différences significatives concernant le nombre de pousses restantes lors de la perturbation par rapport aux valeurs antérieures

Pou

sses

res

tant

es (

%)

Diversité génotypique

On constate que le nombre de pousses restantes est plus élevé pour les parcelles ayant subit un traitement avec plus de génotypes

Evolution de la densité

Résultats

Choc de transplantation

Pou

sses

res

tant

es (

%)

Diversité génotypique

Perte de pousses pendant les 1ères semaines

Les parcelles les plus diversifiées semblent mieux ‘résister’ au choc

Résultats

Nb

pous

ses

/ m2 Diversité

génotypique

Temps de récupération

Le temps de récupération est plus faible pour les parcelles les plus diversifiées

Pas dû à seulement quelques souches résistantes (3 mois après broutage , pas dominance d’un génotype particulier)

L’auteur suggère au vu des résultats que la récupération est principalement due à la résistance et au pousses restantes plutôt qu’à la résilience

RésultatsConséquences pour l’épifaune

Directement dépendante de la densité des pousses ( et donc des pousses restantes)

Cependant pas de lien entre diversité et densité avant les événements de perturbation

Donc si l’épifaune est dépendante de la densité en pousses de Z.marina sa biomasse devrait être plus élevée pour les parcelle à forte diversité génotypique après perturbation

Cette hypothèse est confirmée par les résultats et test statistiques

Cela peut s’expliquer entre autre que les Z.marina fournissant un habitat, plus cette dernière est dense, plus l’habitat disponible est vaste et donc colonisable par les épibiontes, qui de plus, fournis un abris contre les prédateurs

Résultats

Influence sur les ressources

[NH4+] inversement proportionnel à la diversité génétique de parcelles où

sont faites les mesures

Une diversité plus élevée permettrait un meilleur prélèvement des ressources ?

Autres facteur entrants en jeu ? Vitesse de régénération ?

Difficultés pour conclure car peu de données dues au fait qu’il n’y a pas eu d’études des mécanismes sous – jacents de l’uptake de nutriments (sous la matte)

Résultats comparatifs

Reusch et al. (2005) Ecosystem recovery after climatic extremes enhanced by genotypic diversity

Etude dans le sud de la mer Baltique sur le rôle de la diversité génétique dans le fonctionnement de l’écosystème à Z.marina

Période de suivi à englober l’été 2003 : anomalie thermique → mortalité massive chez les benthontes

Ici aussi , les systèmes avec une diversité importante résistent mieux à la perturbation

Effet positif de la diversité sur tous ces paramètres

Résultats comparatifs

Résultats comparatifs

Croissance très variable des différentes souches de Z.marina au sein des différentes parcelles

Conclusions

Ces résultats nous montre que la diversité génétique contribue à l’amélioration de la résistance des communautés de Z.marina face aux perturbations

Cette diversité représente une ‘assurance biologique’ contre les fluctuations des systèmes

Remarque : attention aux potentiels de chaque soucheseffets sur la sélection naturelle ?

Sachant que l’impact humain sur la perte de diversité est important, il est désormais nécessaire de prendre en compte le facteur diversité

Notamment dans les actions de conservations et de réimplantation des herbiers

Recommandations clés pour la préservation des espèces face aux perturbations à venir