Ma thèse de doctorat a pour titre « Colonial "blue mat" ciliates from northeast Pacific hydrothermal vents: microbial symbiosis and ecology ». Les colonies de ciliés folliculines forment d'épais et éclatants tapis bleus en périphérie de plusieurs sources hydrothermales de la dorsale Juan de Fuca dans le Pacifique Nord-est et ailleurs. Ces tapis peuvent couvrir jusqu'a 70% des substrats basaltiques auxquels ils sont attachés. À ce jour, nous connaissons très peu de l'écologie et de la biologie des ciliés folliculines en provenance des sources hydrothermales ni de leur importance pour d'autres espèces. Ma thèse se veut une investigation d'une symbiose potentielle entre les ciliés folliculines et les procaryotes aux sources hydrothermales. Elle considère aussi l'écologie trophique des tapis bleus ainsi que les invertébrés qui y sont associés. Les symbioses sont un trait commun aux sources hydrothermales ainsi qu'aux protozoaires ciliés. Le succès écologique des tapis bleus, démontré notamment par leur abondance et leur distribution répandue autour des sources, pourrait être attribué aux symbiotes procaryotiques contenus dans les folliculines-hôte. L'ultrastructure des ciliés tapis bleus a été explorée en utilisant la microscopie électronique de balayage [MEB] et la microscopie électronique à transmission [MET]. En nous basant sur nos observations morphologiques et ultrastructurales, nous avons assigné ces ciliés au genre folliculine Folliculinopsis. Les ciliés folliculines secrètent et vivent dans des coques ou tubes (loricae). Nous avons trouvé que les loricae ont été colonisés à la fois par des bactéries coccoïdes et des procaryotes filamenteux. De plus grandes densités de coccoïdes et de microorganismes en bâtonnets ont été trouvées entre les rangs de cils sur le corps du cilié (zooïde), surtout sur les lobes du péristome (les extensions similaires à des bras typiques des ciliés folliculines). Le morphotype coccoïde (dedans ou indépendant des vacuoles) se retrouvait à travers tout le cytoplasme du cilié. Des groupes de cet organisme rassemblé dans des vacuoles étaient distribués régulièrement le long du cortex du cilié. Des traits denses aux électrons, bornés par des vacuoles et caractérisés par des membranelles superposées, ont été également trouvés dans le cytoplasme du cilié. Des méthodes moléculaires complémentaires [comparaison des séquences d'ARN ribosomique 16S et l'hybridation in situ avec fluorescence (FISH)] ont été utilisées pour identifier les types de microorganismes associés symbiotiquement aux tapis bleus et pour déterminer leur répartition dans la cellule du cilié. Nos résultats indiquent que le Folliculinopsis sp. héberge des endosymbiotes euryarchées. Ceux-ci se situent dans un clade d'organismes qui sont étroitement apparentés à des séquences environnementales de fluides froids qui ont des quantités élevées de méthanogènes. Sous microscope à épifluorescence équipé d'un filtre DAPI, la présence de l'enzyme 420 autofluorescente, typique aux méthanogènes, a été observée dans les cellules du cyploplasme du cilié. En plus d'archées, une haute densité de bactéries a été trouvée dans le cytoplasme du cilié de même que sur la surface du loricae. Quelques-unes de ces séquences bactériennes ont été phylogénétiquement reliées aux ecto and endo symbiotes connues d'autres types d'hôtes. Les ciliés folliculines des sources hydrothermales du Pacifique Nord-est apparaissent dès lors héberger de multiples symbioses hylogénétiquement distinctes et localisées dans diverses parties de leurs cellules. Puisque les tapis bleus sont physiquement dominants aux sources hydrothermales, ils forment un habitat physique substantiel dans lequel les espèces de méiofaune et de macrofaune peuvent trouver nourriture et refuge, comme c'est le cas avec les buissons de vestimentifères et les moulières de mytilidés de la sous-famille Bathymodiolinae qui croissent autour des sources hydrothermales et des sources de fluides froids. Afin de déterminer l'importance probable de ces ciliés pour les autres métazoaires provenant des sources, les invertébrés associés aux échantillons de tapis bleus ont été identifiés et quantifiés et des analyses d'isotopes stables de carbone et de l'azote ont été réalisées. De plus, des analyses de lipides des tapis bleus ont été faites. Nous avons trouvé une récurrence d'invertébrés associés aux tapis bleus et dans tous les échantillons, la méiofaune était numériquement dominante. Les copépodes harpaticoïdes, Amphiascus sp. étaient fort plus abondants que les autres espèces dans les tapis bleus. Alors que certains invertébrés (ex. Amphiascus sp.) dans cet assemblage semblent exclusivement liés aux tapis bleus, d'autres proviennent de sources hydrothermales différentes à proximité. Les ciliés Folliculinopsis sp. étaient davantage réduits dans δ¹³C que les invertébrés dans l'assemblage de tapis bleus indiquant du coup que ces derniers ne se nourrissent pas uniquement des premiers. Au moins deux niveaux trophiques existent dans cet assemblage. La macrofaune juvénile, les ostracodes et les nématodes occupent des niveaux trophiques supérieurs. Les analyses de lipides bactériennes indiquent que 16:1ω7 et 18:1ω7 (typiques aux sulfo-oxidantes) constituent plus de la moitié des acides gras des tapis bleus. Les tapis bleus apparaissent ainsi jouer un rôle indirect, mais important pour l'écologie des organismes qui leur sont associés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Folliculines, Sources hydrothermales, Isotopes stable, Lipides, Méiofauna, Macrofauna, Symbiose, Microscopie électronique, Ultrastructure.

Entre les fleuves Amazone et Orénoque, la frange côtière atlantique de l’Amérique du Sud (1500 km) est considérée comme la plus vaseuse au monde, conséquence des apports de sédiments en suspension de l’Amazone. Malgré la forte variabilité et l’instabilité de ces vasières uniques au monde, elles apparaissent comme des écosystèmes très productifs et sont des habitats clés dans l’accomplissement du cycle de vie des espèces de poissons et d’oiseaux qui les exploitent. Cependant, les connaissances sur les communautés biologiques qui y sont associées restent au niveau exploratoire. Ce travail de thèse vise donc à décrire la structure de l’endofaune benthique intertidale des vasières guyanaises et à définir son fonctionnement dans des environnements vaseux tropicaux très instables. Comme prévu, la forte instabilité des sédiments a entraîné une très faible diversité des assemblages de la macrofaune et de la méiofaune. Néanmoins, les communautés benthiques des vasières guyanaises ont montré une abondance remarquablement élevée avec la dominance d'espèces opportunistes de petites tailles. 39 taxons de la macrofaune ont été trouvés tandis que la méiofaune était moins diversifiée avec la présence de 34 taxons. Le tanaidacée Halmyrapseudes spaansi et le polychète Sigambra grubii sont les deux espèces de macrofaune les plus abondantes, largement réparties le long de la côte guyanaise. De même, le nématode Pseudochromadora spp., suceur d’épistrate, et Halomonhystera sp. 1 (non deposit feeders) étaient les deux espèces de méiofaune les plus abondantes sur chacune des stations. La distribution des communautés benthiques sont spécifiques aux sites d’étude et varie saisonnièrement. Les assemblages en zone estuarienne (Sinnamary) étaient plus diversifiées que dans la zone de vasière nue (Awala), alors que les abondances des communautés benthiques étaient toujours plus élevées en saison humide qu’en saison sèche. Les facteurs abiotiques et biotiques ont influencé significativement les communautés benthiques. Néanmoins, les changements dans la structure de la communauté benthique induits par la disponibilité des sources alimentaires (chl a) et la pression de prédation étaient tout aussi importantes que les variations des assemblages imposées par les paramètres abiotiques (teneur en eau, salinité ...). En particulier, une forte corrélation a été trouvée entre la méiofaune et le microphytobenthos. Les mesures isotopiques de différents compartiments des vasières ont non seulement révélé le rôle central du microphytobenthos dans la composition du régime alimentaire de la méiofaune, mais ont également montré l'importance écologique de la méiofaune comme principale source de nourriture pour les petits oiseaux limicoles et les poissons côtiers. La méiofaune et le microphytobenthos rentrent dans le régime alimentaire de trois poissons côtiers en grande proportion, alors que les oiseaux limicoles migrateurs présentaient une plus grande diversité de proies. Cependant, la contribution relative des tanaidacées dans le régime alimentaire des oiseaux limicoles était étonnamment faible. Le travail de thèse a permis d'améliorer notre compréhension de la structure de l’endofaune benthique intertidale des vasières guyanaises et de définir son fonctionnement dans des environnements vaseux tropicaux très instables. Ce travail a permis de construire, pour la première fois, un modèle conceptuel de réseau trophique des vasières intertidales mobiles guyanaises. / Locating between the Amazon and Orinoco Rivers, the 1500 km-long Atlantic coastline of South America are considered as the muddiest areas in the world due to the large discharge of suspended sediment from the Amazon. Despite the extreme morphodynamics of these ecosystems, the Guianas mudflats are important feeding zones for many shorebirds and fish. However, the state of knowledge on benthic organisms associated with these highly unstable environments is still at an exploratory stage. This study, therefore, aims to describe the structure and dynamics of the intertidal benthic infauna in the Guianas mudflats and to define its functioning in such highly unstable tropical muddy environments. As expected, the high instability of the sediment resulted in very low diversity of both macrofauna and meiofauna assemblages. Nonetheless, the infauna communities of the Guianas mudflats showed remarkably high abundance with the predominance of small-sized opportunistic species. A total of 39 operational taxonomic units of macrofauna was recorded while meiofauna was less diverse with the occurrence of 34 taxa. The tanaid Halmyrapseudes spaansi and the polychaeta Sigambra grubii are the two most abundant macrofauna species, which widely distributed along the Guianas coast. Likewise, the nematodes epistrate feeder Pseudochromadora spp. and non-deposit feeders Halomonhystera sp. 1 were the principal components of meiofauna communities in every station. The distribution patterns of the infauna were both site-specific and seasonal variation. The assemblages in estuarine habitat were more diverse than in the bare mudflat habitat, while infauna abundances in the WS were always higher than in the DS. Both abiotic and biotic factors significantly influenced the benthic communities. Nevertheless, the changes in benthic community structure induced by food source availability (chl a) and predation pressure were more prominent than the assemblage variations imposed by abiotic parameters (mud content, salinity…). Particularly, the tight coupling between meiofauna and MPB was observed in both distribution patterns and trophic structures. The isotopic measurements of different intertidal compartments not only revealed the pivotal role of MPB on structuring meiofaunal coummunities, but also indicated the ecological importance of meiofauna as the main food source for the small shorebirds and coastal fish. Meiofauna and MPB entered the diet of three coastal fish in great proportion, whereas the migrating shorebirds showed a wider diet breadth. The isotopic ratios were perfectly matched with the feeding guilds assigned by morphological features. However, the relative contribution of tanaids to the top epibenthic predators were surprisingly lower than expected. The thesis has increased our understanding of the Guianas infauna communities, and revealed for the first time a conceptual food web model of these unique intertidal mudflats.

De la profondeursur 2 sites en Guadeloupe pendant la saison sèche et la saison humide (Chapitre 3). A u cours de cette étude,les genres Ostreopsis et Prorocentrum étaient les plus abondants. Aucune influence de la profondeur n'a é;étrouvée sur l'abondance totale des dinoflagellés benthiques ; cependant les genres Ostreopsis et GambiericLscusétaient principalement abondants en surface, alors que le genre Coolia était présent plus en profondeur.L'approche d'écologie trophique concernait le lien trophique entre dinoflagellés benthiques toxiqueset méiofaune (Chapitre 1). Les transferts au sein des réseaux trophiques de phycotoxines synthétisées par lesdinoflagellés benthiques toxiques sont généralement étudiés chez les organismes de grande taille, délaissantles organismes de μeLile Laille qui sulll pourtant en contact direct avec les microalgues. Au cours de cetteétude, une attention particulière a été portée aux copépodes harpacticoïdes qui composent ia méiofaune.Cette étude expérimentale, par marquage des microalgues aux isotopes stables, s'est focalisée sur lescopépodes harpacticoïdes et a permis de mesurer le taux d'ingestion d'Amphidinium sp. et d'Ostreopsis sp ..Cette étude démontre que les organismes de la méiofaune peuvent constituer une voie d'entrée des toxinessynthétisées par les dinoflagellés benthiques dans les réseaux trophiques. / The distribution of benthic toxiï rlinofüeefü1tes is 1111known in (Juadeloupe and Martinique even if at theCaribbean basin spatial scale, those microalgae are responsible for serious poisoning such as ciguatera.During this thesis, the ecology of benthic toxic dinoflagellates μreseul was sLudieJ using: spatio-temporalstudies (Chapters 1, 2, 3) and a trophic ecology approach (Chapter 4).First, 27 sites were explored to describe the spatial distribution of benthic dinoflagellatf's prPsf'nt inGuadeloupe and Martinique (Chapter 1). Only the most abundant macrophytes (biological substrates ofbenthic dinoflagellates) at the different sites were considered. ln this study, 161 samples were analyzed and 7times more taxie benthic dinoflagellates were found in Guadeloupe than in Martinique. The genus Ostreopsisdominated the benthic dinoflagellate community in both islands, although this trend has only rarely beenfound in the Caribbean basin.Then, 3 sites per department were chosen in order to set up a monthly monitoring of benthicdinoflagellates abundances duringl8 months (Chapter 2). The sites selected i) had a high abundance ofbenthic toxic dinoflagellates and ii) were identified as potentially dangerous by the Agence Régionale de laSanté. During this study, 927 samples of macrophytes were analyzed and 5 times more benthic toxicdinoflagellates were found in Guadeloupe than in Martinique. Ostreopsis and Prorocentrum genera dominatedrespectively in Guadeloupe and in Martinique. Two times more Gambierdiscus were found in Martinique thanin Guadeloupe even if Guadeloupe is located in the high prevalence area and this genus being responsible forciguatera. This result suggested that species with different toxicities structured the benthic toxicdinoflagellates community in this area. The abundances of benthic dinoflagellates were little influenced byabiotic parameters (temperature and salinity) but structured by biotic parameters (host macrophytes).Halophila stipulacea an invasive angiosperm in the Lesser Antilles has been identified as promoting thedevelopment of the genus Gambierdiscus.. The distribution of benthic toxic dinoflagellates was also studied according to the depth at 2 sites inGuadeloupe during the dry and the wet seasons (Chapter 3). ln order to avoid bias due to the presence ofdifferent macrophytes, this experiment was conducted only on H. stipulacea constituting mono-specificmeadows along a strong depth gradient. ln this study, the Ostreopsis and Prorocentrum genera were the mostabundant. No influence of the depth was found on total abundance of benthic dinoflagellates; however,Ostreopsis and Gambierdiscus genera were mainly abundant near the surface while the genus Coolia was presentdeeper.The trophic ecology approach focused on the trophic link between taxie benthic dinoflagellates andmeiofauna (Chapter 4). Transfers within the food webs of phycotoxins synthesized by benthic dinoflagellatesare mainly studied in large organisms neglecting smaller ones in direct contact with microalgae. Thisexperimental study, by labeling the microalgae with stable isotopes, focused on harpacticoides copepod andmeasured for the first time their ingestion rates of Amphidinium sp. and Ostreopsis sp.. This studydemonstrated that meiofauna organisms can constitute an input channel of phycotoxins from benthicdinoflagellates in food webs.

Le rôle de la méiofaune sur le fonctionnement des biofilms lotiques a été examiné par l'étude de son effet potentiel sur la capacité de consommation de l'azote des biofilms, au cours de quatre expérimentations. Les deux premières (Chapitres 2 et 3) concernent les biofilms épilithiques (phototrophes) tandis que les deux autres ont porté sur les biofilms (hétérotrophes) de la zone hyporhéique. Les biofilms sont soumis (1) à différents niveaux de densités (méiofaune) et à un enrichissement en nutriments ou (2) à différents niveaux de diversité (biofilm/méiofaune/macrofaune). Une partie des microcosmes présentant chaque niveau de diversité a été exposée à l'effet d'un herbicide, le diuron. Dans l'ensemble, la méiofaune associée aux biofilms des microcosmes était largement dominée par les rotifères. Les résultats basés sur les biofilms phototrophes montrent que les rotifères peuvent répondre à court terme, à un enrichissement en N-NO3 par une augmentation significative de leur densité et biomasse. De plus, le taux de consommation de N-NO3 est apparu significativement plus élevé dans les microcosmes dont les densités de méiofaune étaient les plus élevées. Cet effet positif de la méiofaune sur la consommation de N- NO3 par les biofilms a été retrouvé dans l'étude basée sur le biofilm hyporhéique pour les microcosmes non soumis aux effets du diuron. Dans l'ensemble, ce travail met donc en évidence le rôle significatif que peut avoir la méiofaune dans les processus de consommation de l'azote par les biofilms lotiques. De plus, les résultats suggèrent fortement que les invertébrés interagissent avec les micro-organismes impliqués dans les processus de réduction des concentrations en azote, dans le biofilm phototrophe comme dans le biofilm hyporhéique. Enfin, l'exposition à l'herbicide a engendré une modification significative du taux de consommation de N-NO3 dans les microcosmes hyporhéiques. Cependant, la comparaison du taux de consommation moyen de N-NO3 entre les traitements exposés à l'herbicide et ceux non exposés, a montré que la présence des invertébrés (méiofaune + macrobenthos) a significativement réduit l'effet du diuron sur ces processus. Cette étude met en exergue le rôle potentiellement important des interactions micro- organismes - invertébrés dans (1) le cycle de l'azote des biofilms et donc, dans les fonctions relatives à leur contribution aux processus " d'auto-épuration " des cours d'eau, et (2), dans la capacité de résistance des écosystèmes hyporhéiques face aux perturbations chimiques. / The role of meiofauna on the functioning of riverine biofilms was examined by studying their potential effect on nitrogen consumption capacity of biofilms in four experiments (Chapters 2 and 3: epilithic phototrophic biofilms; Chapters 4 and 5: heterotrophic biofilms of hyporheic zone). Biofilms are subjected to (1) different levels of densities (meiofauna) and nutrient enrichment or (2) different levels of diversity (biofilm/meiofauna/macrofauna). A part of the microcosms of each level of diversity was exposed to the effect of an herbicide, diuron. Overall, biofilm-associated meiofauna in microcosms was dominated by rotifers. Results in phototrophic biofilms showed that the response of rotifers to short-term nutrient enrichment was significant increases in their density and biomass. In addition, N-NO3 uptake rates appeared significantly higher in microcosms with highest meiofauna densities. This positive effect of meiofauna on biofilm N-NO3 uptake was also found in hyporheic biofilm microcosms, but not under the effect of diuron. Therefore, this thesis highlights that meiofauna can have a significant role in nitrogen consumption processes by lotic biofilms. In addition, the results strongly suggest that invertebrates interact with microorganisms involved in the reduction processes of nitrogen concentrations in the phototrophic biofilm as well as the hyporheic biofilm. Finally, the herbicide exposure resulted in a significant modification of N-NO3 uptake rate in hyporheic microcosms. However, the comparison of the average N- NO3 uptake rate between treatments exposed to herbicide and those unexposed, showed that the presence of invertebrates (meiofauna + macrofauna) significantly reduced the effect of diuron on these processes. This study highlights the potentially important role of microorganism-invertebrate interactions (1) in the nitrogen cycle of biofilms and thus functions related to their contribution to the "self-purification" process in streams, and (2) in resilient capacity of the hyporheic ecosystem to chemical perturbations.

L'objectif de cette étude est de mieux comprendre comment la biodiversité influence le service de purification de la qualité de l'eau en tant que service de régulation capable de limiter la charge en polluants de l'eau naturelle. Peu d'études ont regardé comment les invertébrés (macro- et méio-faune) sont capables d'influencer le fonctionnement de la zone hyporhéique considérée, comme un réacteur biogéochimique contribuant largement au recyclage des nutriments. L'élimination du nitrate et la dénitrification sont utilisés comme indicateur de ce service dans les rivières afin de pouvoir suivre son évolution spatiale et temporelle. Dans cette thèse, la relation fonctionnelle entre le taux de réduction des nitrates et les organismes participant à l'expression de ce service est testée à différentes échelles d'étude allant du microcosme jusqu'à l'habitat hyporhéique d'un méandre de large rivière, la Garonne. Cette relation est mise en évidence dans une série de colonnes d'infiltration reproduisant le lit de rivière avec sa communauté benthique (projet Inbioprocess). Dans cette expérience, un gradient de biodiversité a été créé avec des combinaisons de communautés +/- biofilm, +/- méiofaune et +/- macrofaune pour tester leur influence sur l'élimination du nitrate avec et sans pesticides dans le cadre du projet Inbioprocess. Les résultats suggèrent l'influence des interactions entre communautés, sur le taux de réduction des nitrates qui est supérieur quand les invertébrés sont présents (11.8 ± 1.2) par comparaison avec les conditions sans invertébrés (7.7 ± 1.4 mg N l-1d-1 ; moyenne ± erreur standard (m ± ET)). Ces interactions ont également été suggérées comme favorisant le retour de la capacité de réduction des nitrates en présence de pesticides, utilisé comme source de stress, dans l'eau des microcosmes. Ces résultats de laboratoire montrent l'influence des interactions trophiques et non trophiques entre les différents niveaux trophiques de ce réseau, avec probablement l'implication des espèces les plus résistantes pour expliquer la capacité potentielle de résilience du système. L'existence de cette relation fonctionnelle de type "top-down" a ensuite été explorée en conditions in situ. Les taux de rétention mesurés dans 9 cours d'eau européens (projet STREAMES) ont été estimés à l'échelle du tronçon de rivière à 1.64 ± 2.39 (m ± ET) mg NO3--N m-2.min-1. L'influence des communautés d'invertébrés sur le taux de réduction des nitrates se révèle statistiquement comme aussi importante que celle des facteurs physicochimiques dans l'ensemble des tronçons explorés. L'étude des traits biologiques des communautés d'invertébrés a permis de préciser le type de communauté le plus corrélé aux processus d'élimination des nitrates. Ces organismes sont majoritairement interstitiels vivant dans les sédiments grossiers et avec des modes d'alimentation de type brouteurs de biofilm. Dans la zone hyporhéique de la zone humide alluviale de Monbéqui (projet Attenagua), la corrélation positive de la communauté d'invertébrés avec le taux de dénitrification a été seulement visible pendant automne. Cette période est considérée comme un moment propice pour l'observation de la relation diversité-fonction dans ce milieu. / This PhD study aims to understand how the biodiversity influences the water purification processes in the hyporheic zone of running water, as an important regulating service that reduces the quantity of pollutants in freshwater ecosystems. Few studies have focused on how the invertebrate community influences the functioning of hyporheic zones, which are considered as a biogeochemical reactor that largely contributes to nutrient cycling capacity of the rivers. Nitrate retention or denitrification functions in hyporheic zones are used as indicators for the water purification service. The relationship between the nitrate removal function and its associated biodiversity was tested at different scales from indoor microcosms to in-stream reaches and the hyporheic habitat of a large river (Garonne) meander, under natural and stressful conditions. First, the linkage between invertebrates and the nitrate (NO3-) removal function was given in evidence in a series of infiltration columns that mimicked the riverbed conditions with its benthic communities. A gradient of community diversity was created with biofilm, meiofauna and macrofauna communities' combination in different treatments. It enabled to test the influence of the invertebrate community on the NO3- removal rates with and without pesticides during the Inbioprocess project. The results implied the influence of invertebrate and microbial cross-community interactions on NO3- removal rates, which was higher with invertebrate communities in the sediments (11.8 ± 1.2) than without (7.7 ± 1.4 mg N.l-1.d-1). These findings suggested a top-down control of invertebrates on the microbial activities. These interactions were also depicted at the source of the recovery of the NO3- removal capacity when facing stressful conditions due to addition of pesticide in the experimental water. These laboratory findings highlighted the importance of multi-trophic level interactions in the hyporheic habitat, with probable implication of the more resistant species in the resilience capacity of this system. The occurrence of the top-down linkage was then explored in in situ habitats. The NO3- removal rates measured at the reach scale in 9 European streams during the STREAMES project ranged from 0.04 to 10.75 with an average of 1.64 ± 2.39 mg NO3--N m-2.min-1 (Mean ± SE). The results suggested that not only physico-chemical and hydrological factors, but also macro-invertebrate assemblages may influence nitrate removal. Some functional groups positively correlated with nitrate reduction were biofilm grazers and interstitial organisms associated with macro-porous substrate. In the hyporheic water of Monbequi meander of the Garonne river, the positive correlation between invertebrate diversity and the potential denitrification rates was only visible during the autumn season, suggesting a potential "hot moment" for the observation of this correlation between biodiversity and ecosystem function in fields.