Cette thèse cible les facteurs biotiques qui influent sur la toxicité des métaux chez les copépodes calanoïdes. Tout d'abord, la toxicité du cadmium (Cd) entre deux copépodes de l'ordre; calanoida Eurytemora affinis (Poppe 1880) d'une région tempérée (estuaire de la Seine, France) et Pseudodiaptomus annandalei (Sewell 1919) d'une région subtropicale (estuaire de Danshuei, Taiwan), ont été déterminés sur la base de leur sexe et de leur état de reproduction. Les résultats de cette étude ont révélé que les deux copépodes avaient des niveaux de sensibilité différents à la toxicité du cadmium et que leur sensibilité au cadmium était également fortement dépendante de leur sexe et de leur état de reproduction. En outre, une étude de la toxicité du cadmium dans les traits de vie du copépode a été testée en utilisant P. annandalei comme espèce modèle. Les résultats ont révélé que la toxicité du cadmium était également dépendante du stade de développement des copépodes. De plus, le Cd a eu un effet négatif sur la croissance, la reproduction et la durée de vie du copépode. Afin de comprendre la raison de la sensibilité au cadmium spécifique au sexe, la bioaccumulation du cadmium chez les deux sexes a été réalisée. De plus, dans les environnements naturels, les copépodes peuvent bioaccumuler les métaux via une voie directe dans l’eau ou via les aliments consommés. Dans un premier temps, des essais préliminaires ont été effectués pour identifier la cinétique de bioaccumulation des métaux chez les micro-algues utlisées pour nourrir les copépodes. L'accumulation du Cd dans les microalgues a été testée en exposant Pavlova lutheri dans différentes conditions de salinité et température. À la fin, il a été observé que l’augmentation de la température et la faible salinité favorisent l’absorption de Cd par les micro-algues. P. annandalei a ensuite été exposé au cadmium dans l'eau et par le biais de son régime alimentaire, en utilisant les informations fournies par les résultats ci-dessus. Cette expérience a révélé que l'absorption de Cd par P. annandalei provenait nettement plus d'eau que de la nourriture. Une hypothèse a été développée sur les raisons pour lesquelles l'absorption de Cd par l'eau par les copépodes était plus élevée que par l'exposition par Cd via l’aliment. En d’autres termes, l’absorption de métaux par l’eau est une voie plus importante dans la bioaccumulation des métaux que par la voie alimentaire en raison de l’absorption orale. L'hypothèse a été démontrée en exposant les copépodes à un colorant alimentaire et, à l'aide d'un microscope, il a été constaté que le colorant était entré dans l'intestin du copépode par l'ouverture de la bouche. L'absorption orale d'eau par le copépode a été confirmée par un test de bioaccumulation. Une étude moléculaire sur le test transcriptomique et l'expression différentielle spécifique au sexe du copépode de P. annandalei exposé au Cd a été réalisée. Les résultats ont montré que les copépodes de P. annandalei répondaient à la toxicité du cadmium de manière spécifique au sexe, et expliquaient pourquoi la femelle était moins sensible au cadmium que les copépodes mâles. De plus, l'exposition multigénérationnelle de P. annandalei au cadmium a montré un développement possible de l'adaptation, en particulier chez les copépodes femelles. Bien que les copépodes puissent développer des mécanismes adaptatifs pour tolérer les produits chimiques toxiques, une concentration croissante de métaux dans le milieu aquatique ainsi que des transferts de métaux par la mère sur plusieurs générations pourraient augmenter la concentration de copépodes. Une exposition à long terme pourrait réduire leur forme, compromettant ainsi la structure de la population de copépodes. Cette étude a montré que la mortalité, les traits d'histoire de vie et les réponses moléculaires des espèces modèles peuvent fournir d'importants bioindicateurs pour l'évaluation des risques environnementaux. / As a result of the growing concerns about the fate of copepod ecology in the face of increasing environmental pollutants, several studies are being carried out. This thesis focused on biotic factors that influences metal toxicity in calanoid copepods. Firstly, cadmium (Cd) toxicity between two copepods in the order; calanoida; Eurytemora affinis (Poppe 1880) from a temperate region (Seine Estuary, France) and Pseudodiaptomus annandalei (Sewell 1919) from a subtropical region (Danshuei Estuary, Taiwan), was determined based on their sex and reproductive states. Results from this investigation revealed that both copepods have different levels of sensitivity to cadmium toxicity and also, their sensitivity to cadmium was significantly dependent on their sexes and reproductive states. In addition, an investigation of cadmium toxicity in copepod life history traits were further tested using P. annandalei as a model specie. The results revealed that Cd toxicity was also dependent on the developmental stages of the copepods. In addition, Cd showed negative effect on the growth, reproduction and lifespan of the copepod. Furthermore, to understand the reason for sex-specific sensitivity to cadmium, an investigation on the bioaccumulation of Cd was carried out. Moreover, in the natural environments, copepods could bioaccumulate metals either directly from the water or indirectly from consumed diets. Before, both routes of metal uptake were tested, some preliminary test was carried out on the rate at which copepod diet (microalgae) take up metal. Microalgae accumulation of Cd was tested by exposing Pavlova lutheri to Cd under different conditions (salinity and temperature). At the end, it was observed that increased temperature and low salinity influenced the uptake of Cd in the algae. P. annandalei was then exposed to Cd in water and through their diets, using the information from the above results. This investigation revealed that P. annandalei uptake of Cd was significantly more from water than from the diets. A hypothesis was developed based on why copepod uptake of Cd from water was higher than from dietary Cd exposure. That is, metal uptake from water is a more important route in the bioaccumulation of metals than through dietary route because of oral intake. The hypothesis was demonstrated by exposing copepods to a dyed medium, and with the aid of a microscope, the dyed medium was observed to have entered inside the gut of the copepod through the mouth opening. Oral intake of water by copepod was confirmed by a bioaccumulation test. A molecular study on the transcriptomic assay and sex-specific differential expression of P. annandalei copepod exposed to Cd was carried out. The results showed that P. annandalei copepod responded to Cd toxicity in a sex-specific manner, and why female was less sensitive to Cd than male copepods were discussed. Moreover, multigenerational exposure of P. annandalei to Cd showed a possible development of adaptation, particularly in the female copepods. Although, copepods could develop adaptive mechanisms to tolerate toxic chemicals, however, an increasing concentration of metals in the aquatic environment in addition to maternal transfers of metals over several generations could increase the concentration in copepods. A long term exposure could reduce their fitness, thereby compromising copepod population structure. This study showed that mortality, life history traits and molecular responses of model species can provide important bio-indicators for environmental risk assessment.

Made available in DSpace on 2014-06-12T22:58:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo1414_1.pdf: 1450162 bytes, checksum: bc31e0348f2f58754600e2155464b194 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2009 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / O presente estudo procura acrescentar informações importantes sobre a biologia do Copepoda Pseudodiaptomus acutus (DAHL, 1894), como estudo da taxa de sobrevivência durante ciclo de vida, quando alimentado com diferentes espécies de microalgas oferecidas isoladamente e suas misturas. As coletas de plâncton foram realizadas na Ilha de Itamaracá (PE), ao longo da praia de Forno da Cal. As espécies de microalgas utilizadas durante os experimentos foram: Nannochloropsis sp. (Droop), Tetraselmis chuii (Butcher), Chaetoceros muelleri (Lemmermann) e Thalassiosira weissflogi (Grunow). Estas microalgas foram oferecidas aos diferentes estádios de vida do Copepoda hipoplanctônico P. acutus. Os Copepoda foram coletados em três arrastos, com rede de plâncton com 2 metros de comprimento, abertura de malha de 200 μm, 60 cm de diâmetro de boca e no final da rede um copo coletor de vidro. As amostras foram acondicionadas em recipiente de vidro com 2 litros de água do mar, em seguida as amostras foram acondicionadas em caixa térmica. As microalgas eram mantidas em meio F2 de Guillard, e os cultivos em meio F2 e F2 diluído (F2/2). P. acutus foi identificada, selecionada e cultivada em 10 placas de petri de 10 mL para cada tratamento, alimentados com uma espécie de microalga, e suas misturas com duas, três, quatro espécies de microalgas e sem alimento. Para verificar diferença significativa entre os tratamentos foram realizadas análise não- paramétrica Mann-whitney e Kruskal-Wallis. As duas espécies que apresentaram os melhores resultados foram às diatomáceas C. muelleri (cultivada em F2 e em F2/2), seguido por T. weissflogii (somente com F2). A mistura que apresentou o melhor foi com três espécies de microalgas cultivadas com meio F2/2. O pior foi encontrado com a Nannochloropsis sp. (tanto com F2 como com F2/2). Verificou-se que diferentes espécies de microalgas e diferentes misturas de microalgas influenciam diretamente no ciclo de vida, na mudança de estágio larval, e na sobrevivência. Estes resultados podem inserir a espécie P. acutus como alimento de outras espécies, devido ao estágio de náuplio permanecer ativo na coluna d água todo o tempo, seu pequeno tamanho e com movimentação constante, além das fêmeas produzirem uma média de 19 ovos e 15 náuplios. Sem falar que os náuplios e copepoditos possuírem taxas de sobrevivência superiores a 20%, mostrando-se relevantes para a maricultura

Les copépodes calanoides Eurytemora affinis et Pseudodiaptomnus annandalei sont des espèces dominant respectivement les communautés zooplanctoniques des estuaires tempérés et tropicaux. Ces deux espèces, bien qu’issues de milieux contrastés, présentent de nombreuses similitudes. Cependant leur comportement n’a été que peu étudié. L’approche multi-échelle utilisée au cours de cette thèse pour étudier ces deux espèces combine des analyses empiriques du comportement des copépodes à l’échelle de l’individu avec la modélisation individu-centré. La partie consacrée à la petite échelle nous a permis d’explorer comment les stades adultes des deux espèces nagent et s’accouplent. Ces différents processus ont été appréhendés en laboratoire via des techniques d’enregistrement vidéo en deux et trois dimensions. Avec l’approche de modélisation individu-centré, nous avons dans un premier temps développé un modèle constituant une représentation réaliste du processus de reproduction chez les espèces de copépode portant leurs œufs. Ce modèle a ensuite été intégré dans un modèle reproduisant le cycle de vie complet permettant de simuler le développement sur plusieurs générations à température constantes. A l’aide du modèle consacré à la reproduction, nous avons montré comment un processus observé à l’échelle de l’individu, i.e. la sélection des mâles par les femelles, peut affecter la production moyenne de la population. Enfin, l’intégration dans le modèle cycle de vie de l’effet de la variation de température et d’une variation saisonnière de la survie des stades adultes et larvaires nous a permis de simuler la dynamique de population d’E.affinis sur plusieurs années. / The calanoid copepods Eurytemora affinis and Pseudodiaptomus annandalei are among the most dominant zooplankton species in respectively temperate and sub-tropical/tropical estuaries. Both species, while from contrasted environment, exhibit lots of similarity However their behaviour is scarcely studied. The multi-scale approach applied along this thesis for the study of these two species combined empirical analysis of copepod behavior with individual based modeling. The part of the thesis dedicated to small scales studies lead to the description of how the reproductive stages of these two species swim, mate and reproduce. These different processes were grasped throughout two or three dimensional filming experiments conducted in laboratory. Through the individual-based modeling approach, we first developed an individual-based model which constitutes a realistic representation of the reproduction process in egg-carrying copepods. This model was subsequently integrated into a model that represent the entire life cycle of such copepods allowing the simulation of the development of several generations for constant temperature conditions. With the model dedicated to reproduction, we showed how a process observed at the individual scale, i.e., the female mate selection, may affect the mean production of the population. Finally, the integration of the effect of temperature variation on development and reproduction as well as a seasonal variation of adults and nauplii survival in the model representing the life cycle lead to the simulation of the population dynamic of E. affinis over several years.

L’étude de la dynamique de populations du plancton apporte un nouvel aperçu de l’effet du changement du climat sur les milieux aquatiques. Cependant, un besoin réel existe d’une vue d’ensemble de ces effets possible en se basant sur des comparaisons entre les sites à des échelles appropriées. La France et Taïwan sont des pays situés sous des climats contrastés principalement tempéré pour la France et subtropical/tropical pour Taïwan. En France, le copépode saumâtre Eurytemora affinis, connue comme espèce clef en région tempérée, a été le sujet de nombreuses études en laboratoire et sur le terrain. P. annandalei est une espèce dominante de copépode saumâtre mais dans en régions subtropicale/tropical de l’Indopacifique qui n’a pas été bien étudiée malgré son importance écologique et économique. Dans cette thèse, on a étudié l’histoire de vie du copépode P. annandalei particulièrement l’effet de la température et salinité ainsi que d’autres aspects comme la biologie de la reproduction pour comprendre sa dynamique de population en milieu naturel. On a aussi étudié la dynamique de population de copépodes dominants dans deux estuaires contrastés comprenant P. annandalei et E. affinis respectivement dans les estuaires du Danshuei (subtropical) et de la Seine (tempéré). L’étude de l’histoire de vie de P. annandalei a révélé l’importance de la température, salinité et leurs interactions dans sa stratégie de cycle de vie. Il est capable de se développer et reproduire dans une large gamme de température-salinité cependant il montre une meilleure fitness à 25-30°C et à salinité 15. L’étude sur le terrain montre que les dynamiques de populations de copépodes sont influencées par différent facteurs environnementaux dans les deux systèmes comme l’apport en eaux douces dans l’estuaire tempéré de Seine et les typhons dans l’estuaire subtropical du Danshuei. Nos résultats trouveront certainement des intérêts et des applications en dynamique de population des copépodes subtropicaux/tropicaux et dans l’aquaculture ainsi qu’en écologie de systèmes saumâtres principalement subtropicaux dans le contexte de changement global du climat. / The study of the plankton population dynamics brings new insights on the effects of the global climate change on aquatic ecosystems. However, there is a real need to have a global overview of these effects through inter-site comparisons at appropriate scales. France and Taiwan are two countries located in contrasting climate regimes, respectively temperate and subtropical/tropical. In France, the temperate brackish copepod Eurytemora affinis which is known as key species has been the subject of numerous laboratory and field studies. P. annandalei which is also a dominant brackish copepod but in subtropical/tropical Indo-Pacific regions found in Taiwan, has not been well studied despite its ecological and economical importance. In this thesis we studied the life history of the copepod P. annandalei particularly the effects of temperature-salinity interactions and other aspects such as the reproductive biology to understand its population dynamics in the field. We also investigate the population dynamics of dominant copepods in two contrasting estuaries including P. annandalei and E. affinis respectively in the subtropical Danshuei Estuary and the temperate Seine Estuary. The main originality of this work was to use similar protocols in laboratory and in the field observations in the two contrasting systems. The life history study of P. annandalei highlighted the importance of temperature and salinity in its life cycle strategy. It is able to develop and reproduce in a wide range of temperature-salinity conditions however it showed better fitness at temperature 25-30°C and salinity 15. The field studies showed that the population dynamics of copepods was driven by different environmental factors in the two contrasting systems such as the river discharge in the temperate Seine Estuary and the typhoons in the subtropical Danshuei Estuary. Finally our result may find some interests and applications in subtropical/tropical copepod population dynamics and in industrial aquaculture as well as in the ecology of subtropical brackish systems within the global climate change context.