Phénologie et dynamique de population des crustacés décapodes : effets de facteurs biotiques et climatiques sur le recrutement du crabe des neiges (Chionoecetes opilio)

Emond, Kim (2018). Phénologie et dynamique de population des crustacés décapodes : effets de facteurs biotiques et climatiques sur le recrutement du crabe des neiges (Chionoecetes opilio). Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 251 p.

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Résumé

RÉSUMÉ: Chez les invertébrés marins benthiques, la variabilité du recrutement des premiers stades de vie (c.-à-d., œuf, larve et juvénile) peut jouer un rôle prépondérant dans la dynamique des populations. En effet, les premiers stades de vie sont généralement les plus sensibles aux variations de l'environnement, de sorte que de légers changements des conditions environnementales peuvent leur imposer des taux de mortalité très variables. Toutefois, l'étude du recrutement des premiers stades de vie s'avère être très complexe en milieu naturel, puisque ce processus est sous le contrôle d'une multitude de facteurs abiotiques et biotiques qui interagissent à différentes échelles spatio-temporelles. De plus, les premiers stades de vie de nombreuses espèces marines ne sont pas échantillonnés ou, le cas échéant, sont échantillonnés souvent de manière inefficace en raison de leur petite taille et de leur répartition méconnue. Ainsi, le rôle relatif des facteurs biotiques et abiotiques dans la dynamique des populations d'invertébrés benthiques demeure peu connu chez la plupart des espèces. Ce projet avait pour objectif principal d'examiner l'effet de plusieurs facteurs climatiques et biotiques sur la phénologie et la dynamique de population d'un invertébré marin exploité commercialement dans le golfe du Saint-Laurent et ailleurs dans le nord de l'Atlantique et du Pacifique, soit le crabe des neiges (Chionoecetes opilio). Un vif débat persiste dans le cas du crabe des neiges quant à savoir si les variations importantes de son abondance sont dues principalement à des mécanismes de contrôle ascendants ou descendants. D'une part, la variabilité importante de la biomasse commerciale du crabe des neiges pourrait découler d'une production ou d'une survie très variable des premiers stades de vie engendrée par les variations du climat. Une autre école de pensées, au contraire, suppose un contrôle descendant par prédation des poissons de fond. De plus, la ou les causes des cycles d'abondance observés chez certaines populations du crabe des neiges sont toujours méconnues. Ce phénomène pourrait être dû à des facteurs de régulation intrinsèques, comme le cannibalisme. Les résultats obtenus dans cette thèse suggèrent fortement que l'importante variabilité du recrutement des premiers stades de vie du crabe des neiges serait due principalement à des processus ascendants associés à la variabilité du climat. Nous avons trouvé que les conditions de glace durant l'hiver précédant la phase larvaire ont influencé l'abondance larvaire du crabe des neiges via ses effets probables sur les conditions du bloom planctonique. Nous avons aussi trouvé que la température de l'eau près de la surface durant la phase larvaire et sur le fond durant la phase benthique étaient des facteurs déterminants qui influencent l'abondance des larves et des premiers stades benthiques du crabe des neiges. Ce résultat confirme nos hypothèses et supporte l'idée que les premiers stades de vie, particulièrement les premiers stades benthiques, sont très sensibles à de faibles variations de la température de l'eau. Nous n'avons trouvé aucune évidence d'un contrôle descendant via la prédation par les poissons de fond sur les premiers stades benthiques du crabe des neiges qui soit de nature à dicter des tendances démographiques perceptibles à court ou à long terme.
Nos résultats ont également mis en évidence le rôle important des facteurs dépendants de la densité dans la dynamique de population du crabe des neiges. Cette étude est la première à démontrer une relation entre la biomasse reproductrice (production larvaire) et le recrutement chez le crabe des neiges. Le cannibalisme par les crabes de taille intermédiaire était aussi un des principaux facteurs biotiques déterminant la variabilité interannuelle de l'abondance des premiers stades benthiques du crabe des neiges. D'ailleurs, la modélisation de la dynamique de population a fortement suggéré que le cannibalisme est responsable des cycles d'abondance d'environ 8 ans observés dans les populations du crabe des neiges étudiées dans le cadre de cette thèse. Notre étude a également révélé un changement important dans la phénologie larvaire du crabe des neiges en réponse aux changements climatiques. Depuis le début des années 1990, le golfe du Saint-Laurent s'est réchauffé, ce qui a entraîné une phénologie plus hâtive au cours des 30 dernières années. Ce changement dans la phénologie larvaire du crabe des neiges est probablement une conséquence de l'effet du réchauffement climatique sur la période d'éclosion des larves ainsi que sur le taux de développement larvaire. Le réchauffement des températures de l'eau a aussi été responsable, du moins en partie, de la diminution de l'abondance des larves et des premiers stades benthiques du crabe des neiges au cours de la période d'étude. Ces résultats suggèrent fortement que l'abondance des espèces sténothermes d'eau froide telles que le crabe des neiges pourrait diminuer davantage si le réchauffement dans le golfe du Saint-Laurent se poursuit.
Cette thèse apporte une contribution significative à notre compréhension de la dynamique de population d'un invertébré marin écologiquement et économiquement important des écosystèmes benthiques de l'hémisphère nord. Nos recherches ont montré que les processus ascendants et densité-dépendants prévalent sur les processus de contrôle descendants pour établir les fluctuations à court terme (cycles) et les tendances à plus long terme du recrutement des premiers stades de vie du crabe des neiges. Les résultats obtenus et les méthodologies développées dans cette thèse pourront entraîner un raffinement des protocoles de gestion des populations exploitées du crabe des neiges et ainsi contribuer à une meilleure conservation de l'espèce, particulièrement dans le contexte actuel de changement climatique. -- Mot(s) clé(s) en français : crabe des neiges; dynamique de population; recrutement; premiers stades de vie; phénologie larvaire; processus de contrôle ascendants; variabilité climatique; cannibalisme; production larvaire. -- ABSTRACT: In marine benthic invertebrates, variability in the recruitment of early life stages (i.e. embryos, larvae and juveniles) may play a major role in population dynamics. In fact, early life stages are generally more sensitive to environmental changes than later life stages, so that small changes in environmental conditions can cause highly variable mortality rates. However, the study of recruitment of early life stages is proving to be very complex, since this process is under the control of numerous abiotic and biotic factors that can interact at different spatio-temporal scales. In addition, the early life stages of many marine species are either not sampled or, the case arising, are sampled often inefficiently due to their small size and unknown distribution. Thus, the relative role of biotic and abiotic factors in the dynamics of benthic invertebrate populations remains poorly understood in most species. The main objective of this project was to examine the effect of several climatic and biotic factors on the phenology and population dynamics of snow crab (Chionoecetes opilio), a marine benthic invertebrate that is commercially exploited in the Gulf of St. Lawrence and elsewhere in the North Atlantic and Pacific. A lively debate persists in the case of snow crab as to whether the strong variations in its abundance are due mainly to bottom-up or top-down effects. On the one hand, the strong fluctuations in commercial snow crab biomass could be the result of a highly variable production or survival of early life stages caused by bottom-up processes associated with climate variability. Another school of thought, on the other hand, supposes a top-down control by predation of groundfish. In addition, the causes of the abundance cycles observed in some snow crab populations are still unknown, but could be due to intrinsic regulatory factors such as cannibalism. The results obtained in this thesis strongly suggest that the high variability in the recruitment of snow crab early life stages is mainly due to bottom-up processes associated with climate variability. We found that ice conditions during the winter prior to the larval phase influenced larval abundance of snow crab through its likely effects on plankton bloom conditions. We also found that near-surface water temperature during the larval phase and bottom water temperature during the benthic phase were important factors influencing the abundance of larvae and early benthic stages of snow crab. These results confirm our hypotheses and support the idea that early life stages, particularly early benthic stages, are very sensitive to small variations in water temperature. We found no evidence of a top-down control through groundfish predation on the early benthic stages of snow crab. Our results also highlighted the important role of density-dependent factors in the population dynamics of snow crab. This study is the first to demonstrate a significant relationship between reproductive biomass (larval production) and recruitment in snow crab. Intercohort cannibalism was also one of the main biotic factors determining the interannual variability in abundance of the early benthic stages of snow crab. Moreover, modeling of snow crab population dynamics strongly suggested that cannibalism is responsible for the 8-year abundance cycles observed in the snow crab populations studied in this thesis. Our study also revealed a significant change in the larval phenology of snow crab in response to climate change. Since the early 1990s, the Gulf of St. Lawrence has warmed, which resulted in earlier phenology over the last 30 years. This change in snow crab larval phenology is likely a consequence of the effect of global warming on the larval hatching period as well as the larval development rate. Warming water temperatures were also responsible, at least in part, for the decrease in larval and early benthic abundance of snow crab during the study period. These results strongly suggest that the abundance of cold-water stenothermic species such as snow crab could decrease further if warming in the Gulf of St. Lawrence continues. This thesis makes a significant contribution to our understanding of the population dynamics of an ecologically and economically important marine invertebrate of benthic ecosystems in the northern hemisphere. Our research has shown that bottom-up and density-dependent processes dominate top-down processes to establish short-term fluctuations (cycles) and longer-term trends in recruitment of early life stages of snow crab. The results obtained and the methodologies developed in this thesis may lead to a refinement of the management protocols of exploited populations of snow crab and thus contribute to a better conservation of the species, particularly in the current context of climate change. -- Mot(s) clé(s) en anglais : snow crab; population dynamics; recruitment; early life stages; larval phenology; bottom-up processes; climate variability; cannibalism; larval production.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Bêty, Joël
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Sainte-Marie, Bernard
Information complémentaire :	Thèse présentée comme exigence partielle du doctorat en biologie extensionné de l'Université du Québec à Montréal.
Mots-clés :	Crabe Neiges Chionoecetes Opilio Production Recrutement Dynamique Population Variabilite Climat Facteur Biotique Phenologie
Départements et unités départementales :	Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	20 déc. 2019 15:42
Dernière modification :	20 déc. 2019 15:43
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/1534

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