Conséquences écologiques des changements de taille induits par la température sur les écosystèmes aquatiques - Risques, Ecosystèmes, Vulnérabilité, Environnement, Résilience Access content directly
Theses Year : 2024

Ecological consequences of temperature-induced body size shifts on aquatic ecosystem

Conséquences écologiques des changements de taille induits par la température sur les écosystèmes aquatiques

Abstract

Body size reduction with increasing temperature has been proposed as the third universal response to climate warming. At the individual scale, body size reduction is attributed to the "Temperature Size Rule" (TSR), which states that an ectotherm living in a warm environment have a higher initial growth rate but a smaller adult size than in a colder environment. Previous studies have focused on the underlying mechanisms of body size reduction, but very few have explored its ecological consequences on biocenosis and ecosystems. Freshwater aquatic ecosystems are the most disturbed and vulnerable to global warming. In addition, aquatic communities are more size-structured than terrestrial ones, and temperature-induced body size reductions are more prevalent and stronger in aquatic ectotherms than in terrestrial ones. Consequently, we expect the ecological consequences of TSR to be more severe in these aquatic ecosystems, justifying their in-depth study. The overall objective of this thesis is to study the ecological consequences of TSR in freshwater aquatic ecosystems. After an introductory chapter, I present a conceptual framework based on the mechanisms determining how body size reductions affect ecology at multiple levels of living organization. Subsequently, I present three experiments within this conceptual framework. The first investigates the effects of temperature and feeding frequency on individual traits in the medaka fish, and how changes in vital rates translate into population demographic parameters. The second studies the links between TSR, energetic efficiency and individual traits in Daphnia magna. The third explores the impacts of warming and body size reduction in medaka on prey community structure, trophic transfer efficiency and community size spectra in mesocosms. Overall, this thesis shows that TSR implies (i) morphological constraints, (ii) bioenergetic constraints and (iii) a change in the surface/volume ratio that can have substantial ecological consequences on individuals, populations and communities. Results of the lab experiments indicate that TSR impacts physiological and life history traits, and thus affects the adaptive value of individuals. The results from the mesocosm experiment indicate that warming influences biomass ratios between trophic levels and decreases trophic transfer efficiency but that the effects of fish body size differences are marginal compared to the direct effects of warming. This thesis contributes to the knowledge on the ecological consequences of TSR and provides valuable information on how aquatic ecosystems will be affected by body size shifts in a context of global warming.
La réduction de la taille du corps avec l'augmentation de la température a été proposée comme la troisième réponse universelle au réchauffement climatique. À l’échelle de l’individu, la réduction de la taille corporelle peut être expliquée par la « Temperature Size Rule » (TSR), qui stipule qu’un organisme vivant dans un environnement chaud aura un taux de croissance initial plus élevé mais une taille adulte plus petite qu’un organisme vivant dans un environnement froid. Des études ont porté sur les mécanismes sous-jacents à la réduction de la taille du corps, mais très peu se sont intéressées à ses conséquences écologiques sur la biocénose et les écosystèmes. Les écosystèmes aquatiques sont les plus perturbés et vulnérables au réchauffement climatique. Par ailleurs, les communautés aquatiques sont plus fortement structurées par la taille que les communautés terrestres, et les réductions de taille induites par la température sont plus fréquentes et plus prononcées chez les ectothermes aquatiques que chez les ectothermes terrestres. Par conséquent, nous nous attendons à ce que les impacts écologiques de la TSR soient plus forts dans les écosystèmes aquatiques, justifiant leur étude approfondie. L’objectif général de cette thèse est d’étudier les conséquences écologiques de la TSR dans les écosystèmes aquatiques d’eau douce. Après un chapitre introductif, je présente un cadre conceptuel basé sur les mécanismes déterminant la façon dont les réductions de taille affectent l’écologie à plusieurs niveaux d’organisation du vivant. Je présente ensuite trois expériences s’inscrivant dans ce cadre conceptuel. La première étudie les effets de la température et de la fréquence d’alimentation sur les traits individuels chez le médaka, et comment les modifications des taux vitaux se traduisent dans les paramètres démographiques de la population. La deuxième étudie comment la température et la réduction de la taille corporelle influencent les liens entre la TSR, l’efficacité énergétique et les traits individuels chez Daphnia magna. La troisième explore les impacts du réchauffement et de la réduction de la taille corporelle chez le médaka sur la structure des communautés de proies, l’efficacité du transfert trophique et le spectre de taille des communautés dans des mésocosmes. Globalement, cette thèse montre que la TSR implique (i) des contraintes morphologiques, (ii) des contraintes bioénergétiques et (iii) un changement du rapport surface/volume qui peuvent avoir des conséquences écologiques importantes sur les individus, les populations et les communautés. Les résultats expérimentaux en laboratoire indiquent que la TSR impacte les traits physiologiques et les traits d’histoire de vie, et par conséquent affecte la valeur adaptative des individus. Les résultats de l’expérience en mésocosme indiquent que le réchauffement influence les rapports de biomasse entre les niveaux trophiques et diminue l’efficacité du transfert trophique, mais que les effets des différences de taille des poissons sont marginaux par rapport aux effets directs du réchauffement. Cette thèse contribue à enrichir les connaissances sur les conséquences écologiques de la TSR et apporte de précieuses informations sur la manière dont les écosystèmes aquatiques seront affectés par les changements de taille corporelle dans un contexte de réchauffement climatique.
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Cite

Simon Bazin. Conséquences écologiques des changements de taille induits par la température sur les écosystèmes aquatiques. Sciences de l'environnement. Aix Marseille Université, 2024. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04608687⟩
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