Hypotheses on the role of the protistan rare biosphere in a changing world

David A. Caron, Peter D. Countway

Master d’océanographieUE 106 ‘Diversité des organismes marins’ (DOM)

Bazañez Tania et Pouget Lydie

Normalement, en écologie, la plus grande règle de la théorie des niches est le principe d’exclusion compétitive (principe de Gause).

« Paradoxe du plancton » ???

Objectifs de l’article = mise en évidence de la diversité des taxons de ‘protistes’ dans la « biosphère rare ».

Introduction Définitions Exemples Conclusion

« Les protistes sont des eucaryotes, des organismes unicellulaires donc composé d'une seule cellule. Il y a des formes qui ont des chloroplastes donc qui fonctionnent comme des plantes, des autres qui sont des parasites (comme par exemple le Plasmodium de la malaria). Ils sont aussi le premier maillon dans la chaine alimentaire planctonique : des brouteurs des algues comme par exemple, les ciliés tintinnides. »

John R. Dolan, CNRS

Taxons

Métazoaires

Alvéolés

Straménopiles

Chlorobiontes

Fungi

Cryptobiontes

Cercobiontes

Peter Countway, BLOS

Les ‘protistes’ rassemblent l’ensembles des taxons ci-contre moins les Métazoaires.

Les ‘protistes’ rassemblent les ‘algues’ et les ‘protozoaires’ selon Haeckel (1866). Depuis les protistes sont un groupe polyphylétique qui n’a aucune validité phylogénétique. De même pour le groupe des ‘protozoaires’ (groupe polyphylétique).

Emmanuelle Renard-Deniel, COM

Introduction Définitions Exemples Conclusion

0 14 28 42 56 70 84 98 1121261401541681821962102242380

100

200

300

400

500

600

Rang d'unités taxonomiques (OTU)

Abondance des unités

taxono-miques

BIOSPHERE RARESeulement

10% de l'ensemble des OTU ont plus

de 10 membres.

Redessiné D’après Caron et al., 2009. Aquat Microb Ecol 57: 227-238

Introduction Définitions Exemples Conclusion

Les taxons jouent un rôle écologique majeur dans l’environnement :

Selon Dolan, les rôles écologiques sont diverses : « Les protistes, dans leur forme des algues microscopiques , sont responsables pour la quasi-

totalité de la production primaire dans les océans. Dans leur forme de micro-brouteur, ils sont responsables, pour la consommation, de la majeur partie de la production primaire océanique ».

Hypothèse 1 : Changements dans la composition taxonomique

Modifications des voies spécifiques de l’énergie et du flux des éléments

Hypothèse 2 : Changements de la structure des communautés de taxons

Fonction de la communauté inchangée.

Notion d’espèce guilde = correspond à l’ensemble des espèces qui joue le même rôle écologique dans l’écosystème.

Introduction Définitions Exemples Conclusion

Digestion enzymatique par des enzymes de restriction pendant une incubation de 3 jours par T-RFLP.

Rang des phylotypes

Abondance des phylotypes

T0 = 0h T1 = 24h T2 = 72h

65% des phylotypes sont observés à un seul temps

Les changements environnementaux ont un effet sur la composition taxonomique des taxons rares

D’après Caron et al., 2009. Aquat Microb Ecol 57: 227-238

Introduction Définitions Exemples Conclusion

2 µm

Cellule entière de Paraphysomonas imperforata (Zoom = x 9 000).

D’après Lim et al., 2001. The Journal of Eukaryotic Microbiology 48: 3, 247-257

Actinophryda

Labyrinthulobiontes

Oobiontes

Chromobiontes

Straménopiles

Introduction Définitions Exemples Conclusion

15-Jun

26-Jul

05-Sep

16-Oct

26-Nov

06-Jan

16-Feb

28-Mar

08-May

18-Jun

29-Jul

08-Sep

19-Oct

1

10

10E2

10E3

10E4

Abondance cellulaire (ml-1)

Nanoplancton total

Paraphysomonas imperforata

110

10E6

10E5

10E410E310E2

Abondance cellulaire (ml-1)

01-Jun

11-Jul

20-Aug

29-Sep

08-Nov

18-Dec

27-Jan

07-Mar

16-Apr

26-May

05-Jul

14-Aug

23-Sep

25

5

10

15

20

Température(°C)

Faible détectabilité

1995

1995

1996

1996

Milieu enrichi avec organismes < 5 µm→ préférence de Paraphysomonas imperforata pour ces organismes.

Température

Paraphysomonas imperforata sensible aux températures élevées donc variation de l’abondance

Redessiné D’après Lim et al., 1999. Limnol Oceanogr 44: 37-51

Introduction Définitions Exemples Conclusion

Etats-Unis

Océan Pacifique

Océan Atlantique

Atlantique Nord, 3 stations différentes à l’Ouest des

Bermudes

Pacifique Nord, 1 station sur la côte ouest de la

Californie

Introduction Définitions Exemples Conclusion

Zone euphotique de l’Atlantique

Pacifique (150 m)

Pacifique (500 m)

Pacifique (5 m)

Pacifique (profondeur du maximum de fluorescence = CM)

Pacifique (Echantillons d’Avril = CM et 5 m) bloom printanierAtlantique

profond (2500 m) Redessiné D’après Caron et al., 2009. Aquat Microb Ecol 57: 227-238

Introduction Définitions Exemples Conclusion

Abondance

Taxons microbiens

Abondance

Taxons mi-crobiensChangement

environnemental

Abondance

Taxons microbiens

Temps 1

Abondance

Taxons microbiens

Temps 2

Abondance

Taxons microbiens

Temps 3

Temps

Métabolisme de la communauté

1 2 3

Redessiné D’après Caron et al., 2009. Aquat Microb Ecol 57: 227-238

Introduction Définitions Exemples Conclusion

Références:

Caron DA, Countway PD (2009) Hypotheses on the role of the protistan rare biosphere in a changing world. Aquatic Microbial Ecology 57: 227-238

Caron DA, Worden AZ, et al. (2009) Protists are microbes too: a perspective. The ISME Journal 3: 4-12

Countway PD, Gast RJ, Dennett MR, Savai P, Rose JM, Caron DA (2007) Distinct protistan assemblages characterize the euphotic zone and deep sea (2500 m) of the western North Atlantic (Sargasso Sea and Gulf Stream). Environ Microbiol 9:1219–1232

Countway PD, Gast RJ, Savai P, Caron DA (2005) Protistan diversity estimates based on 18S rDNA from seawater incubations in the western North Atlantic. Journal of Eukaryotic Microbiology 52:95–106

Dolan JR (2007) Le paradoxe du plancton dans 'Voir l'Invisible' de Fox-Keller E, Gex JP (eds), Omniscience, pp 126-127

Dolan JR, Ritchie ME, Tunin-Ley A, Pizay MD (2009) Dynamics of core and occasional species in the marine plankton: tintinnid ciliates of the N.W. Mediterranean Sea. Journal of Biogeography 36:887-895

Lim EL, Dennett MR, Caron DA (1999) The ecology of Paraphysomonas imperforata based on studies employing oligonucleotide probe identification in coastal water samples and enrichment culture. Limnology and Oceanography 44(1): 37-51

Lim EL, Dennett MR, Caron DA (2001) Identification of heterotrophic nanoflagellates by restriction fragment length polymorphism analysis of small subunit ribosomal DNA. Journal of Eukaryotic Microbiology 48(3): 247-257

Slack JM (2003) Phylotype and zootype, In, Hall, B. K., and Olson, W. M., eds. Keywords and concepts in evolutionary developmental biology, p. 309-318. Harvard Univ. Press, London

Sogin ML, Morrison HG, Huber JA, Welch DM et al. (2006) Microbial diversity in the deep sea and the underexplored ‘rare biosphere’. Proc Natl Acad Sci USA 103:12115–12120

Vaulot D, Eikrem W, Viprey M, Moreau H (2008) The diversity of small eukaryotic phytoplankton (<3 μm) in marine ecosystems. FEMS Microbiol Rev 32:795–820

Vigil P, Countway PD, Rose JM, Gobler CJ, Lonsdale DJ, Caron DA (2009) Rapid shifts in dominant taxa among microbial eukaryotes in estuarine ecosystems. Aquatic Microbial Ecology 54:83–100