Fondements cellulaires, physiologiques et d'histoire de vie dans un océan en changement : compréhension des réponses plastiques et adaptatives du copépode calanoïde marin Acartia tonsa

Vermandele, Fanny (2025). Fondements cellulaires, physiologiques et d'histoire de vie dans un océan en changement : compréhension des réponses plastiques et adaptatives du copépode calanoïde marin Acartia tonsa. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de biologie, chimie et géographie, 490 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Le constat est clair : la vitesse et l’intensité à laquelle surviennent les changements globaux dans les océans nous poussent dans nos derniers retranchements. Il est capital de mettre en place une science plus transformatrice si nous voulons protéger ce qu’il nous reste de cette biodiversité et mettre place des mesures de conservation efficaces. Or, cela nécessite d’abord d’acquérir une compréhension solide de la vulnérabilité des espèces face aux différents stresseurs des changements globaux, et ce, en mesurant la capacité des espèces à tolérer les changements environnementaux grâce à la plasticité phénotypique et à l'adaptation rapide. Cependant, en raison de leur complexité, notre compréhension des réponses plastiques et adaptatives demeure fragmentée : elles varient dans le temps, selon le niveau d’organisation biologique et les stresseurs étudiés. Pour mieux appréhender cette intrication, l’étude des réponses plastiques et adaptatives requiert l’utilisation d’un cadre théorique multifacette. À travers l’utilisation dudit cadre, ma thèse avait pour objectif principal d’explorer les réponses intra-, trans- et multigénérationnelles d’un ectotherme marin exposé aux effets combinés des multiples stresseurs graduels et extrêmes associés aux changements globaux, et ce, à travers les différents niveaux de complexité biologique. Pour ce faire, le copépode marin Acartia tonsa a été choisi comme espèce modèle, en utilisant des lignées élevées depuis plus de 100 générations dans le laboratoire du professeur Hans Dam (Université du Connecticut). Ces lignées, initialement collectées dans le détroit de Long Island (Esker Point Beach, Connecticut, USA), sont maintenues depuis 2016 dans quatre conditions expérimentales distinctes simulant les effets isolés et combinés du réchauffement et de l’acidification des océans. La lignée conservée en condition contrôle a été utilisée dans le cadre du Chapitre 1 et 2, tandis que l’ensemble des lignées a été utilisé dans le cadre du Chapitre 3. Plus précisément, le Chapitre 1 avait pour objectif de caractériser l’impact des effets isolés et combinés d’une vague de chaleur marine et de l’hypoxie sur les réponses sexospécifiques au niveau des traits d’histoire de vie et de la physiologie d’A. tonsa. Pour ce faire, la survie, le taux de production des œufs et le taux métabolique de routine ainsi que la limite thermique maximale ont été mesurés sur les femelles et les mâles après cinq jours d’exposition. Cette expérience a permis de mettre en lumière d’importantes différences sexospécifiques chez A. tonsa, les femelles présentant une plus grande tolérance face aux stresseurs étudiés. Par ailleurs, l’effet isolé de la vague de chaleur marine exerce un effet dominant sur les traits mesurés, et ce, pour les deux sexes. S’intégrant dans la suite logique du premier chapitre, le Chapitre 2 s’est intéressé au potentiel d’A. tonsa (F2) à se rétablir physiologiquement d’une exposition parentale (F1) aux effets isolés et combinés d’une vague de chaleur et de l’hypoxie, et à évaluer si ce potentiel différait entre les sexes. Ce chapitre a permis d’identifier la présence d’effets reportés importants sur la survie et la physiologie des adultes en F2 à la suite de l’exposition de leurs parents aux évènements extrêmes, en particulier aux effets isolés de la vague de chaleur. Par ailleurs, contrairement au Chapitre 1, ces effets négatifs sont plus marqués pour les femelles que les mâles. Finalement, en mesurant les profils métabolomique et lipidomiques des quatre lignées d’A. tonsa exposées aux effets isolés et combinés du réchauffement et de l’acidification des océans, le Chapitre 3 a permis de caractériser les conséquences cellulaires fonctionnelles et structurales de l’adaptation. Les résultats obtenus montrent que cette adaptation a engendré un remodelage cellulaire important chez A. tonsa associé à une transition au niveau du substrat utilisé pour la production d’énergie et à la composition et la structure des lipides composant les membranes cellulaires. Par ailleurs, bien que l’effet isolé du réchauffement influence fortement les profils cellulaires, ce remodelage est particulièrement marqué pour les individus adaptés aux effets combinés. Ainsi, dans son ensemble, ma thèse montre qu’A. tonsa possède la capacité de s’acclimater et de s’adapter rapidement à différents stresseurs graduels et extrêmes des changements globaux, mais que cette capacité dépend de nombreux facteurs. Ce faisant, elle montre l’intérêt d’utiliser un cadre théorique multifacette pour améliorer notre compréhension de la réponse des espèces aux changements globaux. -- Mot(s) clé(s) en français : Changements globaux, multistresseurs, multi-omique, réponses sexospécifiques, réponses intra- trans- et multigénérationnelles, physiologie, traits d’histoire de vie, copépodes marins. --
ABSTRACT : The evidence is clear: the speed and intensity at which global changes are occurring in the ocean is pushing us to our limits. The application of a more transformative science is vital if we want to protect what remains of this biodiversity and implement effective conservation measures. However, such actions require first that we acquire a solid understanding of species’ vulnerability to various stressors of global change. To do so, we need to measure species’ ability to tolerate environmental changes through phenotypic plasticity and rapid adaptation. However, due to their inherent complexity, our understanding of plastic and adaptive responses remains fragmented: responses vary over time, according to the level of biological organisation and the stressors studied. To better understand this intricacy, the characterisation of plastic and adaptive responses requires the use of a multifaceted theoretical framework. Using this specific framework, my thesis aimed to explore, across different levels of biological complexity, the intra- trans- and multigenerational responses of a marine ectotherm exposed to various gradual and extreme stressors associated with global change. To do so, the marine copepod Acartia tonsa was chosen as a model species, using lineages kept for over 100 generations in the marine laboratory of Professor Hans Dam (University of Connecticut, USA). These lineages, initially collected in Long Island Sound (Esker Point Beach, Connecticut, USA), were maintained since 2016 under four distinct experimental conditions simulating the isolated and combined effects of ocean warming and acidification. The lineage maintained under the control condition was used in Chapters 1 and 2, while all lineages were used in Chapter 3. More specifically, the aim of Chapter 1 was to characterise the isolated and combined effects of a marine heatwave and hypoxia on the life-history and sex-specific physiological responses of A. tonsa. To do so, survival, egg production and routine metabolic rates, as well as the upper thermal limit, were measured in females and males after five days of exposure. This experiment revealed important sex-specific differences in A. tonsa, with females showing an overall greater tolerance to the stressors studied. In addition, the isolated effect of the marine heatwave condition exerted a dominant effect on the traits measured, for both sexes. Building on our findings in the first chapter, Chapter 2 looked at A. tonsa’s potential to recover physiologically in F2 from parental exposure (F1) to the isolated and combined effects of a heatwave and hypoxia and aimed to characterise if this potential differed between sexes. This chapter identified the presence of significant carry-over effects on F2 adults’ survival and physiology, particularly following parental exposure to the isolated effect of the marine heatwave condition. Moreover, contrary to Chapter 1, these negative effects were stronger for females than males. Finally, by measuring the metabolomic and lipidomic profiles of the four lineages of A. tonsa exposed to the isolated and combined effects of ocean warming and acidification, Chapter 3 characterised the functional and structural consequence of adaptation at the cellular level. My results showed that this adaptation generated significant cellular remodelling in A. tonsa, which was associated with a transition in energy substrate and in the composition and structure of lipids forming cellular membranes. In addition, although the isolated effect of warming strongly influenced cellular profiles, this remodelling was particularly marked for individuals adapted to the combined effects. Thus, overall, my thesis shows that A. tonsa possesses the ability to acclimatise and adapt to different gradual and extreme stressors associated with global change. However, this ability depends on several factors. Therefore, my thesis demonstrates the value and utility of applying a multifaceted theoretical framework to improve our understanding of species’ responses to global change stressors. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Global change, multistressors, multiomics, sex-specific responses, intra- trans- and multigenerational responses, physiology, life-history traits, marine copepods.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Calosi, Piero
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Madeira, Diana
Information complémentaire :	Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en biologie en vue de l'obtention du grade de philosophiae doctor (Ph. D.).
Mots-clés :	Calanoïdes - Écophysiologie; Plasticité phénotypique; Adaptation aux changements climatiques; Mer - Acidification; Pollution thermique des cours d'eau, lacs, etc.; Acartia Tonsa.
Départements et unités départementales :	Département de biologie, chimie et géographie > Biologie
Date de dépôt :	28 oct. 2026 18:57
Dernière modification :	28 oct. 2026 19:18
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3699