BIOSPEEDO Fiche-2014-septembre
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BIOSPEEDO Fiche-2014-septembre
Proposition de campagne à la mer Flotte Océanographique Française Appel d’offres 2016 Fiche “ Valorisation des résultats des campagnes océanographiques (à envoyer par courriel à [email protected] ) ” Bien que les chefs de mission (D. Jollivet, S. Hourdez) et le chef de projet (D. Jollivet) aient participé à de nombreuses campagnes de biologie sur les communautés des sources hydrothermales profondes dont 2 au cours des 5 dernières années (campagnes Mescal 2010, 2012), ces derniers n’ont pas été responsables de campagnes à la mer depuis les 5 dernières années. La seule campagne organisée et dirigée par l’un des 2 chefs de mission (D. Jollivet) est la campagne de plongées Nautile ‘Biospeedo 2004’ le long de la dorsale Est Pacifique (sud EPR) entre 7°25S et 21°33S. Cette campagne ambitieuse en un seul leg de 45 jours portant sur la diversité et la connectivité des peuplements hydrothermaux de la dorsale sud du Pacifique oriental a fait l’objet de nombreuses publications (54 articles) dont 6 seulement dans des journaux non-référencées (ISI Web of Science) ou de vulgarisation, nombreuses communications (48 dont 41 internationales, 22 posters & 26 oraux) et permis la soutenance de 11 thèses de doctorat et 14 Masters. La campagne ChuBacArc se situant dans la même philosophie d’échantillonnage et les mêmes objectifs scientifiques que la campagne Biospeedo, il nous a semblé important de fournir sa fiche de valorisation même si cette campagne a eu lieu 10 ans auparavant. Il est également important de noter que plusieurs participants à la campagne ChuBacArc ont été, eux aussi, chef de mission sur des campagnes précédentes (F. Lallier : Mescal 2010, BioBaz 2013, M.-A. Cambon : Bicose 2013, N. Le Bris : Phare 2002, Mescal 2010, 2012). Nom de la campagne : BIOSPEEDO 2004 Projet / Programme de rattachement : ANR DeepOases Navire : L’Atalante Engins lourds : Nautile Dates de la campagne : 31/03-13/05/2004 Zone(s) : sud EPR entre 7°25S et 21°33S Nombre de jours sur zone/en transit : 47 jours Chef de mission principal (Nom, prénom et organisme) : JOLLIVET Didier CNRS Nombre de chercheurs et d’enseignants-chercheurs (en mer / à terre) : 16 / 33 Nombre d’ingénieurs et de techniciens (en mer / à terre) : 13 (incluant équipe Nautile) / 25 Nombre d’étudiants (en mer / à terre) : 3 / 26 Fiche remplie par : JOLLIVET Didier Date de rédaction ou d’actualisation de la fiche : 2014 Adresse : Station Biologique de Roscoff, UMR 7144 UPMC-CNRS, Place Georges Teissier, 29682 Roscoff Email : [email protected] Tel : +33 2 98 29 23 67 Fax : + 33 2 98 29 23 24 85 Proposition de campagne à la mer Flotte Océanographique Française Appel d’offres 2016 Résultats majeurs obtenus 1 – Contexte scientifique et programmatique de la campagne Contexte géodynamique La dorsale ultra-rapide du Sud-Est Pacifique (SEPR) constitue un ensemble de secteurs dont l’activité hydrothermale présente des degrés divers d’évolution, depuis des faciès en dôme avec une activité essentiellement volcanique et donc un fort taux de renouvellement des sites, jusqu’à des faciès à large graben tectonisé où les émissions sont plus focalisées et relativement plus stables dans le temps. Ces caractéristiques jouent certainement un rôle fondamental dans la structuration des communautés et dans leur mode de fonctionnement, bien que la plupart des espèces dominantes soient identiques à celles que l’on trouve sur les segments 9° et 13°N de l’EPR. Une approche comparative des espèces clés, préalablement étudiées à 13°N, sur ces différentes zones SEPR est donc nécessaire, et ce à plusieurs échelles d’intégration biologique. Biodiversité, biogéographie: faune et microbiologie Plonger sur ces sites relativement peu explorés offre une occasion de compléter nos connaissances en ce qui concerne la description microbiologique et zoologique des espèces inféodées aux sources hydrothermales. Les échantillons receuillis serviront à enrichir l’inventaire faunistique, et à élaborer des modèles de biogéographie et de phylogéographie. Un effort particulier sera fait pour échantilloner et identifier les parasites d’espèces hydrothermales En microbiologie,.notre effort portera sur deux groupes importants d’extrêmophiles, Archea méthanogènes hyperthermophiles et Thermococcales, mais également sur la diversité des micro-eucaryotes. Succession des peuplements L'accent sera mis sur la micro-distribution de la faune à proximité immédiate des sites, en s'appuyant sur les données physico-chimiques in situ (ALCHIMIST), l’analyse vidéographique, et l’analyse quantitative et statistique de la composition des peuplements. Les spécificités de ces sites, conséquence du caractère ultra-rapide de cette section de dorsale, peuvent-elles remettre en cause les modèles de succession de peuplements élaborés sur la zone chantier de l’EPR Nord ? Génétique et dynamique des populations Un des objectifs majeur de ce projet, et la justification essentielle du trajet proposé, réside dans la caractérisation des échanges génétiques entre plusieurs champs hydrothermaux. En effet, lors de la campagne HOPE, l'échantillonnage de différents sites avait permis d'aborder l'étude des échanges à l'intérieur d'un seul champ hydrothermal, l'East Pacific Rise (EPR, 9 et 13°N). Il s'agit cette fois d'élargir cette étude à plusieurs champs hydrothermaux : segments Yaquina et Garrett et discontinuité de la micro-plaque de l’Ile de Pâques (voir carte ci-dessous). Les outils moléculaires pour réaliser cette étude existent : il s'agit de suivre plusieurs marqueurs dits "neutres" qui ont été développés sur les échantillons de HOPE. Un autre objectif est de mieux comprendre la dynamique et le fonctionnement des communautés et des populations associées en relation avec la dynamique de la circulation hydrothermale, notamment en étudiant la structure des populations, leur cycle de reproduction ou encore la dispersion larvaire. Biologie des symbioses La campagne HOPE 99, du fait de l'espace laboratoire disponible à bord de l'Atalante et du développement d'outils spécifiques tels que l'enceinte hyperbare IPOCAMP, avait permis de réaliser un grand nombre d'expériences physiologiques. Avec l'extension d'IPOCAMP (2 ou 3 enceintes, contrôle chimique) nous devrions pouvoir poursuivre et améliorer cet effort de recherche sur la physiologie des modèles symbiotiques principaux (Vestimentifères, Annélides, Bivalves), et spécifiquement étudier les réponses des animaux vivants à divers facteurs de stress propres à l’environnement hydrothermal (température, sulfures, métaux,…). Par ailleurs, l'approche écophysiologique sera à nouveau privilégiée, notamment par l'utilisation d'ALCHIMIST qui fournit des données physico-chimiques in situ et permet d’appréhender les relations réciproques entre organismes et environnement. Enfin, la zone choisie est particulièrement propice à ces études puisque tous les modèles symbiotiques y sont présents: alvinellidés, vestimentifères (Riftia, Tevnia), bivalves (Bathymodiolus, Calyptogena), voire d’autres espèces symbiotiques similaires à celles typiques des bassins arrière-arc du Pacifique Ouest. 86 Proposition de campagne à la mer Flotte Océanographique Française Appel d’offres 2016 Géologie Dans la perspective d’études géologiques plus poussées de cette portion de dorsale ultra-rapide, nous souhaitons réaliser quelques relevés bathymétriques fins, échantilloner les fluides chauds pour évaluer les variations temporelles de leur composition géochimique, et mesurer la compliance du fond de mer à travers l’axe de la dorsale Est Pacifique (EPR) à 17°30’S et 18°30’N, afin de déterminer la teneur en magma de la croûte profonde et l’existence éventuelle des accumulations de magma à l’interface croûte-manteau. 2 – Rappel des objectifs La campagne Biospeedo avait pour objectif d’étudier l’évolution de la diversité biologique et géochimique le long d’un cline latitudinal sur la dorsale SEPR (7°25S-21°33S), de mieux comprendre les processus biogéochimiques gouvernant la distribution des espèces à micro-échelle spatiale et, de poursuivre les études sur la réponse adaptative des espèces aux fluctuations thermochimiques du mélange hydrothermal. Résultats majeurs obtenus Le dépouillement de la campagne est terminé et, notons (1) qu’une trentaine d’espèces nouvelles ont été décrites, (2) que le transcriptome d’Alvinella pompejana a été entièrement séquencé et permis de mieux comprendre les stratégies d’adaptation moléculaire des eucaryotes aux ‘hautes températures’ et, (3) que de nombreuses études portant sur la phylogéographie et la diversité génétique des 3 grands compartiments de la faune hydrothermale (archaea, microeucaryotes et macrofaune) ont révélé la mise en place d’un contact secondaire avec une zone de transition biogéographique le long de l’EPR sud et l’existence d’une barrière équatoriale aux flux de gènes en cours de renforcement. 3. – Principaux résultats obtenus (avec quelques illustrations dont une carte de la zone d’étude) • Géodiversité des fluides chauds. Les échantillons de fluide chaud récoltés au niveau des conduites de cheminées de type ‘fumeur noir’ ont été analysés au niveau des éléments majeurs et mineurs par Chromatographie ionique et spectrométrie d'Absorption atomique à IFREMER DRO/GM (J.C. Charlou & J.P. Donval). Certains éléments-traces ont fait l’objet d’une analyse par ICP/MS et d’une analyse isotopique au LSCE-CEA-Saclay. • Biodiversité hydrothermale et structures des communautés. De nombreuses espèces nouvelles pour la science ont été décrites et de nombreuses espèces ont été identifiées de part et d’autre de la barrière équatoriale. Au nombre de ces espèces, des polychètes (Hourdez & Desbruyères, Borda et al., Wicklund et al.), des actinies (Lopez-Gonzalez; Université Séville), des némertes, (Rogers, Shields & Segonzac), des copépodes, (Ivanenko), des amphipodes (Jaume), des décapodes (Macpherson) et des aplacophores, (Salvini-Palwen), des ophiures (Stöhr & Segonzac) et même des parasites digènes (Bray & Littlewood). Les échantillons correspondant aux espèces déjà décrites de mollusques bivalves et gastéropodes ont été envoyés à R. von Cosel et P. Bouchet pour confirmation de leur identification spécifique au niveau des zones explorées (7°S, 13°58’S, 18°36’S, 21°S). L’ensemble des données a été compilé et analysé quantitativement par M. Matabos, E. Thiébaut et S. Hourdez pour retracer l’évolution spatiale des communautés hydrothermales à l’échelle de 2 micro-habitats : les moulières et les colonies à Alvinella. La microflore virale, archéenne, bactérienne et microeucaryotique (ciliés) fait également l’objet d’une description à un niveau moléculaire (analyse des séquences 16S obtenus dans les échantillons d’eau, de fluide et de roche. L’analyse de la biodiversité des microeucaryotes fait d’ores et déjà l’objet d’un contrat financé par le GIS Génomique Marine. Porteur du projet : L. Guillou. Titre: Etude du parasitisme chez une nouvelle lignée de protistes (les nouveaux alvéolés du Groupe II): spécificité et bases moléculaires des interactions hôte/parasite. Une étude comparative du régime alimentaire des principaux gastéropodes (Lepetodrilus elevatus, L. ovalis, L. pustulosus, Eulepetopsis vitrea) des peuplements hydrothermaux à Bathymodiolus à partir de l’analyse des isotopes stables du carbone et de l’azote est actuellement en cours. Enfin, une analyse fine de la microdistribution des peuplements des moulières (+ gazon à cirripèdes pédonculés) en relation avec les conditions physicochimiques du milieu a d’ores et déjà été faite au niveau du segment 17°25S (J. Sarrazin et coll., IFREMER). Une étude du statut trophique de Bathymodiolus thermophilus est également en cours. Des analyses isotopiques (13C et 15 N) ont été effectuées sur près de 200 individus de tailles allant de quelques mm à 8 cm, ainsi que sur la matière organique particulaire de surface et du fond, afin de préciser les modifications éventuelles du régime alimentaire de Bathymodiolus au cours de sa croissance. Cinq espèces nouvelles de trématodes digènes (réparties dans la famille des Opecoelidae Ozaki, et les sous-familles Plagioporinae Manter, 1947, Stenakrinae Yamaguti, 1970, Opecoelininae Gibson & Bray, 1984) ont été décrites à partir de leurs caractéristiques morphologiques et moléculaires par S. Morand (INRA Montpellier) en collaboration avec R. Bray et T.M Littlewood (NHM de Londres). Cette étude associe une analyse phylogénétique afin de retracer l’origine de ces parasites chez les poissons abyssaux. La diversité des virus associés à des Archaea hyperthermophiles issues de sources hydrothermales océaniques profondes a également été étudiée par C. Geslin et M. Gaillard (IUEM Brest) et un isolat "Biospeedo" contient un virus et un plasmide particulièrement intéressant en termes d’évolution et d’outil génétique. De la même façon, des parasites moléculaires nouveau de type « retrotransposon » ont pu être mis en évidence chez les crustacés décapodes, notamment chez les galathées (E. Bonnivard, UPMC) ainsi que chez les annélides hydrothermales. Génétique et dynamique des populations hydrothermales. L’analyse des structures génétiques de 4 espèces clefs de la macrofaune hydrothermale (A. pompejana, L. elevatus, B. thermophilus et B. symmytilida) est actuellement en cours sous la forme de 3 thèses de doctorat 87 Proposition de campagne à la mer Flotte Océanographique Française Appel d’offres 2016 (M. Matabos, B. Faure & S. Plouviez). Une première analyse phylogéographique du vétigastéropode Lepetodrilus elevatus à l’échelle de la dorsale Est-Pacifique (i.e. 13°N, 9°50’N et 17°S) a déjà été réalisée au moyen de marqueurs allozymiques et nucléaires et de séquences d’ADN mitochondrial. Le criblage des populations à l’aide de marqueurs allozymiques est en cours chez les espèces A. pompejana et B. thermophilus. Chez ces trois dernières espèces, l’obtention de plusieurs milliers de séquences codantes pour chaque espèce (banques ADNc) nous permet d’ores et déjà de rechercher des marqueurs introniques hypervariables nous permettant de mieux quantifier les flux de gènes entre les différents champs hydrothermaux. Une analyse des polymorphismes nucléotidiques sur une vingtaine de gènes candidat est également en cours au niveau des espèces L. elevatus et B. thermophilus et montre la présence de zones d’hybridation entre plusieurs espèces cryptiques à l’extrémité sud de la dorsale. Chez Bathymodiolus, une étude polymorphisme/divergence a été réalisée sur 5 gènes nucléaires (exons-intron). Elle permet de fournir des informations précieuses sur la taille efficace des populations, les taux de mutation et recombinaison des gènes et l’histoire évolutive récente de cette espèce sur l’EPR (B. Faure, Roscoff). Chez Lepetodrilus, l’analyse de 3 gènes nucléaires (exons-intron) fournit de nouvelles informations sur le niveau de structuration actuelle de ces gastéropodes le long de l’EPR sud et permet de quantifier le degré d’introgression de certains allèles entre les 2 lignées cryptiques détectées par M. Matabos l’année précédente (S. Plouviez). Au niveau de la microflore hydrothermale, une étude phylogéographique de Methanocaldococcus jannaschii, une archaea méthanogène inféodée aux cheminées hydrothermales profondes entre Juan de Fuca et 21°33S à l’aide de 5 gènes (RPO, MCRA, ARGS, ARO et 16S : S. L’Haridon & C. Jeanthon) fait actuellement l’objet d’une rédaction d’article. L’ensemble de ces analyses génétiques et phylogéographiques ont d’ores et déjà permis de montrer l’existence d’une zone de transition biogéographique entre l’EPR nord et la dorsale Pacifique-Antarctique (Matabos et al. 2011), gouvernée par la présence de deux barrières aux flux de gènes, l’une se renforçant au niveau de l’équateur, l’autre se relâchant au niveau de l’île de Pâques (Plouviez et al. 2009, 2010, 2014) avec des degrés d’introgression variable selon les espèces. • La dynamique de la reproduction et du recrutement a également été étudiée chez les espèces A. pompejana (B. Faure), B. thermophilus (F. Viard & T. Comtet) et L. elevatus (E. Thiébaut). En ce qui concerne B. thermophilus, l’analyse de la distribution des sexes dans les différentes populations indique l’existence d’un hermaphrodisme protandrique qui devrait être confirmé par l’étude des échantillons de gonade en collaboration avec Paul Tyler (Southampton Oceanography Centre, Angleterre). La structure des populations de cirripèdes Neolepatidae a également été étudiée sur le site Oasis à 17°24S par D. Desbruyères. • Séquençage du transcriptome d’A. pompejana Les échantillons récoltés au cours de Biospeedo ont permis de réaliser le projet Genoscope de séquençage du transcriptome complet d’A. pompejana (10 000 cDNA complets : 250 000 séquences (resp. O. Poch et D. Jollivet, ANR ‘Alvinella’). Un nombre d’environ 50 000 clones a déjà été séquencé sur 3 banques ADNc tissulaires (branchie, tégument ventral, pygidium) et une nouvelle banque normalisée est en cours de construction. Afin de préparer le séquençage du génome complet, les estimations de la taille du génome (S. Brown & E. Bonnivard) et du nombre de chromosomes (S. Hourdez & D.R. Dixon) ont été réalisé et feront l’objet d’articles. Une analyse phylogénétique portant sur la place des polychètes dans l’arbre du vivant à partir des données génomes est en cours, notamment par comparaison des séquences orthologues des protéines ribosomales (Gagnière et al. 2010) et une analyse portant sur la recherche des mutations favorisant la thermostabilité des protéines eucaryotes est actuellement en cours par comparaison des séquences orthologues d’A. pompejana et de Paralvinella grasslei (Jollivet et al. 2012). Ce type d’analyses a également été utilisé pour définir le biais d’usage du code, la recherche d’isochores et la fréquence des mutations avantageuses ou délétères chez les polychètes. Une recherche de retrotransposons a également été conduite dans les régions 3’UTR des gènes transcrits par D. Higuet & E. Bonnivard (UPMC). Panaches larvaires. La récolte de larves à partir de traits d’un filet à plancton au dessus des principales moulières des différentes zones actives à d’ores et déjà permis l’identification d’un specimen de chaetognathe du genre Sagitta, (site Oasis, 17°25’S), de nombreuses nauplii de cirripèdes (Neolepas spp.), de larves de polychètes, de véligères de gastéropodes hydrothermaux (Lepetodrilus spp) et d’un juvénile de crevette (T. Comtet). Il s’agit d’un juvénile appartenant à la famille des Alvinocarididae. Il pourrait s’agir d’un genre différent d'Alvinocaris, mais la description est délicate à partir d’un seul juvénile. De plus, des tissus et des ovocytes de différentes espèces de polychètes ont été récoltés pour le développement d’une méthode moléculaire d’identification des stades embryonnaires et larvaires par hybridation in situ dans le cadre du projet Marie Curie LIST (Larvae In Situ Tracking : detection and identification of early-life-stages of marine organisms using in situ hybridisation with oligonucleotide probes. MEIF-CT-2003-501323 : F. Pradillon). Les principaux résultats obtenus jusqu’à présent utilisant en partie du matériel récolté lors de la campagne concernent le développement de sondes oligonucléotidiques ciblant l’ARN ribosomique 18S permettant l’identifiation des stades de vie précoces (oeufs, embryons et larves) des polychètes hydrothermaux Alvinella pompejana, Alvinella caudata, Riftia pachyptila, et Tevnia jerichonana. Adaptations et physiologie du stress. Les expériences d'exposition à différents stress oxydatifs (oxygène, fer) sur le ver alvinellidé Alvinella caudata font l'objet de mesures d'activités enzymatiques et de gels 2D afin de rechercher les protéines différentes entre les animaux stressés et les animaux témoins. Une première étude des activités enzymatiques a été réalisée dans le laboratoire de J.-F. Rees et a donné lieu à deux mémoires d'étudiants où ces activités sont comparées à celles mesurées chez les alvinellidés A. pompejana et Paralvinella grasslei, ainsi que le ver littoral Arenicola marina. Les expériences de physiologie cellulaire sur les bactériocytes de Riftia pachyptila isolés au cours de la mission sont aussi en cours d'analyse. Le pH intracellulaire de ces cellules exposées à de fortes PCO2 entre présence ou absence d'inhibiteurs pharmocologiques spécifiques d'échangeurs anioniques et pompes ioniques nous permettra de déterminer les mécanismes importants dans le fonctionnement de la symbiose chez Riftia. En plus de ces cibles spécifiques, une approche de 88 Proposition de campagne à la mer Flotte Océanographique Française Appel d’offres 2016 transcriptomique est menée en ce moment afin d'identifier d'autres protéines impliquées dans le fonctionnement de la symbiose (thèse Sophie Sanchez). Cette approche consiste à faire une banque soustractive en prenant un organe de référence (la paroi du corps) et à y comparer le panache branchial (échanges de métabolites nécessaires à la symbiose) et le trophosome qui contient les symbiontes. De cette façon, nous avons déjà pu mettre en évidence plusieurs gènes intéressants. Le dosage des fractions métalliques solubles/insolubles et des protéines métallothionéines est également en cours chez les bivalves Calyptogena et Bathymodiolus provenant des mêmes sites (Oasis & Rehu marka, 17°25S : R. Cosson & P. Bustamante) à partir des techniques de spectrométrie de flamme et de polarographie à impulsions différentielles. 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Post doctorat EuropôleMer (axe 1) (1 an) Données transmises -banques de données (SISMER, JGOFS, CDIAC … Séquences d’ARNr 16S, 18S, 28S, COI déposées dans banques EMBL et GenBank. Echantillons biologiques transmis aux Museums pour description 94
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CV BOREA
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