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Canicule dans l'Arctique : le réchauffement climatique pourrait-il protéger Calanus glacialis de ces évènements extrêmes ? : une étude de l'effet de la température sur le métabolisme énergétique d'une espèce-clé de l'Arctique

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Carignan, Marie-Hélène (2020). Canicule dans l'Arctique : le réchauffement climatique pourrait-il protéger Calanus glacialis de ces évènements extrêmes ? : une étude de l'effet de la température sur le métabolisme énergétique d'une espèce-clé de l'Arctique. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 95 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: Par le biais d'un système complexe de réactions biochimiques, le métabolisme des organismes vivants transforme l'énergie contenue dans leur alimentation et leur environnement en métabolites énergétiques. Ces derniers permettent aux organismes d'investir leurs ressources énergétiques dans des fonctions primaires, comme maintenir leur homéostasie, et secondaires, comme la locomotion, la croissance et la reproduction. Puisque la température affecte grandement la cinétique biochimique, elle est un facteur déterminant de la vitesse du métabolisme des organismes. Les ectothermes ne régulant pas physiologiquement leur température interne, ces espèces sont particulièrement sensibles aux variations de température dans leur environnement. Toutefois, certaines espèces dites plastiques ont également la capacité d'ajuster leur physiologie afin d'optimiser leur performance dans de nouvelles conditions environnementales, comme une hausse de température. Dans le contexte actuel des changements climatiques, le paysage thermique des océans sera affecté par deux types de perturbations distincts, soient le réchauffement, à long terme, et les évènements extrêmes, ou canicules marines. Puisque la région arctique apparaît comme particulièrement vulnérable selon les modèles climatiques, l'objectif de la présente étude est de déterminer si l'acclimatation d'une espèce-clé de cet écosystème, le copépode Calanus glacialis, lui permet de mieux tolérer le stress thermique ponctuel d'une canicule marine. Pour ce faire, j'ai élaboré et effectué une expérience séquentielle à Ny-Ålesund, Svalbard, où des femelles adultes de C. glacialis ont d'abord été exposées à des températures témoin ou de réchauffement prévu pour 2100 pendant trois semaines, suivi d'une semaine d'exposition (ou non) à une canicule marine. Pour étudier l'effet métabolique des différents traitements, j'ai analysé la probabilité de survie, les taux métaboliques et les profils métaboliques individuels de façon à intégrer les informations de chacun de ces niveaux biologiques. Il s'avère que l'acclimatation au réchauffement à long terme ne fournit aucune protection à C. glacialis lorsqu'il est confronté à une canicule, comme en témoigne la probabilité de survie décroissante et le ralentissement marqué du métabolisme à travers les traitements expérimentaux. La faible tolérance physiologique de C. glacialis au réchauffement et aux canicules laisse entrevoir des effets importants sur le comportement et l'écologie de cette espèce-clé, qui se refléteront vraisemblablement à l'échelle de l'écosystème. -- Mot(s) clé(s) en français : Écophysiologie, écosystème marin arctique, métabolisme énergétique, ralentissement métabolique, plasticité phénotypique, dormance, invertébré marin. -- ABSTRACT: Through a complex network of biochemical reactions, organisms' metabolism transforms the energy they extract from their food and their environment into energetic metabolites. In turn, these compounds enable organisms to invest in primary functions, such as homeostatic processes, and secondary functions, such as movement, growth and reproduction. Because of its effect on biochemical kinetics, temperature exerts a strong influence on metabolic processes. As such, ectotherms are especially sensitive to environmental temperature, because they do not regulate their inner temperature physiologically. Nonetheless, there are species who also have the capacity to adjust their physiology in order to optimize their performance in new environmental conditions, expressing various degrees of phenotypic plasticity. In the context of ongoing climate change, alterations of the thermal landscape will be two-fold: long-term increase in mean temperature and acute thermal extreme events, namely marine heat waves. As climatic models predict the Arctic region to be especially vulnerable to warming and heat waves, the aim of my master's project was to investigate whether a planktonic keystone species, the copepod Calanus glacialis, could benefit from acclimation to elevated temperature before exposure to a marine heat wave. In order to achieve this goal, I elaborated and set-up a sequential experiment in Ny-Ålesund, Svalbard, to first expose adult females to either control or warm temperature predicted to occur in 2100 for three weeks, followed by a marine a heat wave for an additional week. To study the treatments' effect on specimens' metabolism, I analyzed their survival probability, individual metabolic rates and metabolic profiles and integrated the information from each aforementioned biological level of organization. My results reveal that acclimation to ocean warming does not provide any protection to C. glacialis when facing a marine heat wave, as indicated by the decreasing probability of survival and important metabolic slowdown at warmer experimental temperatures. Calanus glacialis's limited tolerance for elevated temperature, as shown in this study, corroborates observed modifications to its behavior and ecology, all likely to affect the functioning of the Arctic marine ecosystem. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Ecophysiology, arctic marine ecosystem, energy metabolism, metabolic depression, phenotypic plasticity, dormancy, marine invertebrate.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Calosi, Piero
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse : Thor, Peter
Information complémentaire : Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en gestion de la faune et de ses habitats en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences.
Mots-clés : Copépodes Calanoïdes Calanus glacialis Écophysiologie Métabolisme Facteurs climatiques Arctique
Départements et unités départementales : Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 16 août 2021 18:07
Dernière modification : 16 août 2021 18:07
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1829

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