L'évolution spatio-temporelle des populations d'Ophiocomina nigra et d'Ophiothrix fragilis (Ophiuridés, Echinodermes) a été étudiée dans deux écosystèmes contrastés de la pointe de Bretagne (France); la rade de Brest et la baie de Douarnenez. Entre la fin des années 80 et 2011, la population d'O. nigra s'est très largement étendue sur l'ensemble des zones d'études et a vu sa densité augmenter d'un facteur 5 en rade de Brest. Dans ce site, l'expansion d'O. nigra a généré de profonds changements qui se sont progressivement traduits entre autre par une exclusion spatiale d'O. fragilis du bassin central vers la partie sud de la zone d'étude où l'espèce colonise des coquilles vides de crépidules; Crepidula fornicata. L'expansion d'O. nigra a été mise en relation avec la combinaison de possible changements globaux du milieu et les traits biologiques de l'espèce. Les isotopes stables naturels (δ13C & δ15N) et les marqueurs d'acides gras ont été utilisés pour décrire l'écologie trophique des deux ophiures par un suivi in situ, sur des stations sélectionnées en raison de leurs situations contrastées (influence continentale vs influence océanique). Les facteurs de discrimination (∆δ13C et ∆δ15N) ont été calculés en expérimentation pour les deux espèces avec trois types de sources et ont montré principalement un effet de la qualité de la nourriture et de l'état reproducteur des espèces sur ces facteurs et des différences interspécifiques. Le suivi in situ a principalement révélé des différences interspécifiques dans l'alimentation des espèces. Le phytoplancton (diatomées) apparait en été comme une source majeure pour les deux espèces et plus importante pour O. fragilis. Des valeurs en δ15N plus élevées chez O. nigra par rapport à O. fragilis associées à une plus forte contribution de bactéries, de détritus et de matériel d'origine animal, indiquent que l'espèce exploite une grande diversité de sources de nourriture expliquant en partie son succès. Les macroalgues (Ulva sp) et les apports terrigènes semblent jouer un rôle trophique mineur pour les deux espèces, malgré une augmentation significative dans les sites plus confinés en fin d'étude.

Les spatangoïdes (échinides détritivores fouisseurs) possèdent un volumineux caecum qui s’ouvre au début de l’estomac, le caecum gastrique. Ce caecum est ‘distendu’ :il est toujours gorgé d’un liquide incolore dont la nature est inconnue. Les sédiments ingérés par ces oursins et qui occupent le reste du tube digestif, ne pénètrent jamais dans le caecum. La fonction du caecum gastrique n’est pas claire: il sécréterait des enzymes dans l’estomac, serait un site d’absorption, ou encore abriterait une microflore cellulolytique. En prenant pour modèle l’un des échinides fouisseurs les plus étudiés, Echinocardium cordatum, ce travail tente d’élucider le rôle du caecum gastrique, et s’intéresse plus particulièrement à l’étude de son contenu.<p>Les résultats indiquent que le caecum gastrique d’E. cordatum contient de l’eau de mer. L’entrée d’eau de mer dans le caecum a été visualisée en la colorant et des caractéristiques communes au liquide caecal et à l’eau de mer environnante ont été observées: une même osmolarité, les mêmes particules détritiques en suspension et les mêmes communautés bactériennes. Le caecum gastrique contient de la matière organique en suspension (détritus, bactéries transitoires); il est également absorbant. Ses capacités d’absorption ont été comparées à celles de l’estomac et de l’intestin grâce à un dispositif expérimental particulier :les chambres de Ussing. Les résultats ont montré que les entérocytes du caecum et de l’intestin participent davantage au transfert de glucose vers la cavité coelomique que ceux de l’estomac.<p>Un schéma de la circulation de l’eau de mer dans le tube digestif est proposé. L’eau de mer qui circule à la surface du corps de l’oursin et qui provient de la surface des sédiments atteint la cavité buccale, une circulation entretenue par la ciliature des clavules (piquants ciliés). Le péristaltisme de l’œsophage et celui du siphon assurent l’entrée d’eau de mer dans le tube digestif. Une partie de cette eau entre dans le siphon qui l’amène dans l’intestin d’où elle est entraînée à l’extérieur avec le bol alimentaire. L’eau de mer qui n’est pas prélevée par le siphon peut atteindre l’entrée du caecum gastrique. Un système de gouttières a été mis en évidence à l’entrée du caecum. Il s’étend de l’estomac au début du caecum où les gouttières sont flagellées, et acheminerait l’eau de mer dans la lumière caecale. Les différences de pression osmotique entre le liquide caecal et le liquide cœlomique permettraient le transfert d’eau depuis le caecum vers la cavité cœlomique. Une quantité d’eau similaire devrait alors être éliminée de la cavité coelomique. Cette élimination semble se faire dans le caecum intestinal, l’eau serait ensuite éliminée par l’anus. <p>D’après nos observations, le caecum gastrique pourrait être le site d’une digestion et d’une absorption de la matière organique détritique de l’eau de mer. Si cette hypothèse est exacte, E. cordatum serait alors un détritivore particulièrement ‘complet’, digérant non seulement la fraction détritique des sédiments mais aussi celle en suspension dans l’eau de mer. Ce modèle pourrait correspondre à tous les échinides atélostomes (spatangoïdes & holastéroïdes) qui, outre la présence d’un caecum gastrique bien développé et rempli de liquide, ont en commun d’être fouisseurs, et d’entretenir une circulation d’eau dans leur terrier grâce à des clavules groupés en fascioles.<p><p>Spatangoids (burrowed deposit-feeding echinoids) have a large caecum, which opens at the beginning of the stomach, the gastric caecum. It is always swollen, filled with a colorless liquid whose nature is unknown; sediments ingested by sea urchins fill the rest of the digestive tract but never enter in the caecum. The function of the gastric caecum is unclear: it would secrete enzymes in the stomach, would be a site of absorption, and/or would harbor a cellulolytic microflora. By taking as model one of the most studied burrowing echinoids, Echinocardium cordatum, this study attempts to highlight the role of the gastric caecum by examining its contents.<p>Results indicate that the gastric caecum of E. cordatum contains seawater. Seawater inflow into the caecum was visualized using dye. The caecal liquid and the surrounding seawater were demonstrated to have similar characteristics: the same osmolarity, the same suspended particles and the same bacterial communities. The gastric caecum contains suspended organic matter (detritus, transient bacteria) and is also involved in absorption. Absorption and transfer of glucose were compared between the gastric caecum, the stomach and the intestine, using a particular experimental device: the Ussing chamber. The results showed that the enterocytes of the caecum and of the intestine were more involved in glucose transfer to the coelomic cavity than those of the stomach.<p>Seawater circulation in the digestive tube is tentatively described. Seawater currents along the body of the sea urchin originate from the sediment surface and reach the mouth; this circulation is generated by ciliae of specialized spines, the clavules. Peristalsis of the esophagus and of the siphon induces seawater to enter the mouth and to move along the digestive tube. Part of this water enters the siphon, being then transported to the intestine, and driven outside via the anus. Seawater that has not been taken by the siphon can reach the opening of the gastric caecum. A system of grooves occurring at the entrance of the caecum extends from the anterior stomach to the proximal part of the caecum where it is flagellated; these grooves could transport seawater in the caecal lumen. Differences in osmotic pressures between the caecal liquid and the coelomic liquid could transfer water from the caecum to the coelomic cavity. A similar uptake of water could then be removed from the coelom through the wall of the intestinal caecum, and water be eliminated from the digestive tube via the anus.<p>According to our observations, the gastric caecum could be specialized in digestion and absorption of detrital organic matter occurring in seawater. If this hypothesis is correct, E. cordatum would be a deposit-feeder feeding both on the detritus fraction of the sediments and on that of seawater. This model could fit all Atelostomata echinoids (spatangoids & holasteroids) which, besides the presence of a well-developed gastric caecum filled with liquid, have in common the burrowing behaviour, and the maintenance of seawater currents in their burrows owing to the action of clavules grouped into fascioles.<p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’évolution spatio-temporelle des populations d’Ophiocomina nigra et d’Ophiothrix fragilis (Ophiuridés, Echinodermes) a été étudiée dans deux écosystèmes contrastés de la pointe de Bretagne (France); la rade de Brest et la baie de Douarnenez. Entre la fin des années 80 et 2011, la population d’O. nigra s’est très largement étendue sur l’ensemble des zones d’études et a vu sa densité augmenter d’un facteur 5 en rade de Brest. Dans ce site, l’expansion d’O. nigra a généré de profonds changements qui se sont progressivement traduits entre autre par une exclusion spatiale d’O. fragilis du bassin central vers la partie sud de la zone d’étude où l’espèce colonise des coquilles vides de crépidules; Crepidula fornicata. L’expansion d’O. nigra a été mise en relation avec la combinaison de possible changements globaux du milieu et les traits biologiques de l’espèce. Les isotopes stables naturels (δ13C & δ15N) et les marqueurs d’acides gras ont été utilisés pour décrire l’écologie trophique des deux ophiures par un suivi in situ, sur des stations sélectionnées en raison de leurs situations contrastées (influence continentale vs influence océanique). Les facteurs de discrimination (∆δ13C et ∆δ15N) ont été calculés en expérimentation pour les deux espèces avec trois types de sources et ont montré principalement un effet de la qualité de la nourriture et de l’état reproducteur des espèces sur ces facteurs et des différences interspécifiques. Le suivi in situ a principalement révélé des différences interspécifiques dans l’alimentation des espèces. Le phytoplancton (diatomées) apparait en été comme une source majeure pour les deux espèces et plus importante pour O. fragilis. Des valeurs en δ15N plus élevées chez O. nigra par rapport à O. fragilis associées à une plus forte contribution de bactéries, de détritus et de matériel d’origine animal, indiquent que l’espèce exploite une grande diversité de sources de nourriture expliquant en partie son succès. Les macroalgues (Ulva sp) et les apports terrigènes semblent jouer un rôle trophique mineur pour les deux espèces, malgré une augmentation significative dans les sites plus confinés en fin d’étude. / The temporal and spatial changes in the densities and biomass of two co-occurring ophiuroid populations Ophiocomina nigra and Ophiothrix fragilis (Ophiuroidea, Echinodermata) were studied in two contrasted coastal systems at the tip of Brittany (France); the Bay of Brest and the Bay of Douarnenez. Ophiocomina nigra increased about 5 times in density in the Bay of Brest. The current distribution pattern in this site revealed a spatial exclusion of O. fragilis from the central part toward the southern part of the study area and now overlapped dead slimper-limpet Crepidula fornicata beds. The success of O. nigra colonization is linked to its biological and functional traits, as well as deep changes in food supply over the studied period. Stable isotopes (δ13C and δ15N) and fatty acids were used as complementary tools to characterize the trophic ecology of these 2 ophiuroids. Preliminary, the tissue-diet discrimination factors (Δδ13C and Δδ15N) were studied and revealed differences between species but appeared to be mainly driven by the diet and to a lesser extent the physiological state of the organisms. We designed a field survey and used the dual stable isotope and fatty acid biomarkers approach to explore the contribution of oceanic vs continental inputs to the diet of ophiurids, according to seasons. In our study, spatiotemporal variations in stable isotopes and fatty acid profiles of ophiurids were generally low compared to interspecific differences. Both ophiurids rely mainly on phytoplankton (diatoms) inputs with higher contribution for O. fragilis. The more δ15N-enriched values as well as higher contribution of bacteria, detritus and animal material inputs to the diet of O.nigra supported a broad range of food sources to the diet of O. nigra. The terrestrial and/or green algae did not contribute greatly to the diet of ophiurids despite a significant increase of these food sources at the end of the study period in both inside sites.