Le broutage du phytoplancton par les copépodes arctiques effectue le transfert d’énergie des producteurs primaires vers les niveaux trophiques supérieurs. Les interactions prédateur-proie entre le phytoplancton et le zooplancton dans la colonne d’eau sont toutefois difficiles à étudier puisque l’échantillonnage du zooplancton se fait généralement à l’aide de filets qui stratifient grossièrement la colonne d’eau. La détermination des paramètres physiologiques chez les copépodes, tels que le contenu lipidique, se fait aussi à une résolution verticale grossière. Pour pallier cette limite, ce projet de recherche utilise le LOKI (Lightframe On-sight Key-species Investigation), un système de caméra sous-marine fournissant des données à une résolution verticale de 1 m. Un modèle d’identification automatique du zooplancton qui repose sur l’intelligence artificielle a été développé et appliqué à des profils échantillonnés au cours de l’automne 2013 dans la polynie des eaux du nord et le détroit de Nares dans l’Arctique canadien. Le modèle transforme les images du LOKI en information taxonomique et différencie un grand nombre d’organismes et de classes de particules (n=114), incluant les stades de développement des copépodes. Deux études ont été réalisées à partir des images du LOKI identifiées automatiquement. Premièrement, lors d’une dérive Lagrangienne, les distributions verticales à haute résolution (1 m) des copépodes Calanus hyperboreus, C. glacialis et Metridia longa ont été mises en relation avec leurs lipides totaux (TL, mg) et leur abondance lipidique (LF, %). Les copépodites de C. hyperboreus et C. glacialis avec une faible LF effectuent une migration nycthémérale vers les eaux de surface pendant la nuit pour se nourrir, alors que les individus du même stade de développement avec une haute LF cessent leur migration et restent en profondeur, probablement pour la diapause. La migration pour la diapause chez C. hyperboreus semblait avoir lieu pour une LF d’environ 50% alors que C. glacialis avait besoin d’une plus grande LF (60%). Un modèle bioénergétique a montré que les femelles du genre Calanus avaient suffisamment de lipides en réserve pour demeurer en diapause pendant plus de 365 jours, soulignant leur capacité à se reproduire à partir de leurs réserves (capital breeders). Dans une deuxième étude, le couplage des stades de développement de C. hyperboreus et C. glacialis et de leur nourriture phytoplanctoniques a été étudié à haute résolution verticale dans la polynie des eaux du Nord et le détroit de Nares. Trois types de distributions verticales de copépodes en réponse au maximum de chlorophylle de subsurface (MCS) et au rayonnement photosynthétiquement actif incident ont été identifiés, tous étant conformes à l’hypothèse d’évitement des prédateurs. Aux stations où les abondances de copépodes étaient les plus élevées dans le MCS, C. hyperboreus et C. glacialis (stades C4 et C5) était partitionnés verticalement à fine échelle (1-2 m). Alors que les pics d’abondance de C. hyperboreus C4 et C5 ont été trouvés au coeur du MCS, les pics d’abondance de C. glacialis C4 et C5 étaient juste au-dessus et en dessous de leurs congénères. Le partitionnement pourrait être expliqué par une stratégie optimale de recherche de nourriture ou par les préférences alimentaires des copépodes pour les taxons phytoplanctoniques occupant le MCS. Un éclairage nouveau sur le fin couplage vertical entre le phytoplancton et le zooplancton est important pour une meilleure compréhension des effets des changements climatiques sur l’écosystème marin Arctique. / The grazing of phytoplankton by Arctic copepods channels energy from primary producers to higher trophic levels. However, the predator-prey interactions between phytoplankton and zooplankton in the water column are difficult to study since zooplankton sampling still relies heavily on nets that roughly stratify the water column. The quantification of physiological parameters of copepods, such as lipid content, is also made at coarse vertical resolution. To overcome this limitation, this research used the Lightframe On-sight Keyspecies Investigation (LOKI) system, an underwater camera that provides 1 m vertical resolution. An automatic zooplankton identification model, based on artificial intelligence, was developed for the analysis of profiles sampled in fall 2013 in the North Water Polynya (NOW) and Nares Strait (NS), in the Canadian Arctic. The model turns LOKI images into taxonomic information and can differentiate 114 taxa (organisms and particles), including the developmental stages of copepods. Two studies were carried out based on automatically identified LOKI images. First, during a Lagrangian drift, fine-scale vertical distributions (1-m resolution) of the copepods Calanus hyperboreus, C. glacialis and Metridia longa were studied in relation to their total lipids (TL, mg) and lipid fullness (LF, %). C. hyperboreus and C. glacialis with low LF performed diel vertical migration to surface waters at night to feed, while same-stage individuals with high LF ceased migrating and remained at depth to diapause. Migration to diapause in C. hyperboreus occurred at a LF of approximately 50%, while C. glacialis needed a higher LF (60%). A bioenergetics model showed that Calanus females had enough lipids stored to diapause for over 365 days, highlighting their capacity for capital breeding. In a second study, the fine-scale vertical coupling of C. hyperboreus and C. glacialis developmental stages with their phytoplankton food was studied in the NOW and NS. Three types of copepod vertical distributions in response to the subsurface chlorophyll maximum (SCM) and incident photosynthetic active radiation levels were identified, all of them being in accordance with the predator avoidance hypothesis. At stations where copepod abundances peaked in the SCM, C4 and C5 C. hyperboreus and C. glacialis were vertically partitioned on a fine scale (1-2 m). While C. hyperboreusC4 and C5 abundance peaks were found in the core of the SCM, C. glacialis C4 and C5 peaked just above and below their congeners. The partitioning could be explained by optimal foraging theory or the copepods’ feeding preferences for phytoplankton taxa occupying the SCM. Insight into the fine scale vertical coupling of phyto- and zooplankton is important for a better understanding of climate change effects on the Arctic marine ecosystem.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/27779 |
| Date | 24 April 2018 |
| Creators | Schmid, Moritz |
| Contributors | Fortier, Louis, Babin, Marcel |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | thèse de doctorat, COAR1_1::Texte::Thèse::Thèse de doctorat |
| Format | 1 ressource en ligne (xx, 131 pages), application/pdf |
| Coverage | Arctique, Océan |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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