A Phytoplankton Invasion: Population Genetics, Phylogeography, and Invasion Success of Gonyostomum semen

Abstract: Popular Abstract in French Phytoplancton invasif : génétique des populations, phylogéographie, et facteurs facilitant l’invasion par Gonyostomum semen De nos jours, les espèces invasives représentent une importante menace à la biodiversité. Une espèce invasive colonise un nouvel environnement, ou elle était absente, et atteint de forte densité rapidement, diminuant l’abondance ou remplaçant les espèces natives. Chaque année, des dizaines de nouvelles espèces invasives sont détectées mondialement. La majorité des espèces qualifiées d’invasives sont des plantes ou des animaux. Par leur petite taille, les microorganismes (bactéries, protistes, ou champignons) sont difficiles à détecter dans l’environnement, donc très peu de microorganismes sont qualifiés d’invasifs. Dans les océans, lacs ou rivières, le phytoplancton, composé d’algues microscopiques, représente une partie importante de l’écosystème, étant à la base de la chaine alimentaire. Plusieurs espèces phytoplanctoniques produisent des composés toxiques qui peuvent induire d’importante mortalité de poissons, ou s’accumule dans la chair des fruits de mers et potentiellement toxiques pour l’homme en cas d’ingestion. Les algues peuvent aussi former de denses populations, appelées blooms, qui réduisent significativement la concentration d’oxygène dans l’eau quant les cellules du bloom meurent. Le manque d’oxygène peut être extrêmement nocif pour l’écosystème et induire la mort de poissons par exemple. Aujourd’hui, très peu d’espèces phytoplanctoniques sont qualifiées d’invasives. En Scandinavie et Finlande, l’algue microscopique Gonyostomum semen est suspectée d’avoir envahi de nombreux lacs. L’occurrence et abondance de cette espèce ont augmenté fortement durant les trois dernières décennies. Les populations de phytoplancton peuvent être considérées comme étant éphémère, car les espèces peuvent former des blooms durant quelques semaines et disparaître de la colonne d’eau. La majorité des algues microscopiques peuvent former des cystes quant les conditions extérieures deviennent défavorables pour la croissance (par exemple pendant l’hiver), et attendre de meilleures conditions. Ces cystes peuvent survivre plusieurs années dans les sédiments avant de germer et former les cellules planctoniques. Dans cette thèse, j’ai étudié la structure génétique des populations de Gonyostomum de deux différents blooms. Les cellules de Gonyostomum isolées de deux blooms consécutifs appartenaient à la même population génétique, avec une légère différentiation entre les deux blooms. Cette différentiation a put être le résultat de la germination de cystes formés durant les précédentes années. Alternativement, différentes conditions environnementales ont pu déclencher la germination de différents cystes. 31 32 L’étude de la structure génétique des populations a l’échelle géographique peut être utile pour comprendre comment une espèce est dispersée, migre, ou identifier la source d’une population. Dans, cette thèse, mes résultats montrent que Gonyostomum forment une seule population génétique en Suède, Finlande et Norvège, de plus la diversité génétique dans chaque lacs était faible. Ces résultats sont cohérents avec l’hypothèse que Gonyostomum a envahi les lacs durant les dernières décennies. Si Gonyostomum était déjà présent dans les lacs (depuis la dernière période glaciaire), les lacs du nord et du sud formeraient des populations différentes, après la colonisation progressive des lacs. De plus, la faible diversité détectée pour chaque lacs (avec l’utilisation d’une méthode de génétiques des populations et séquençage de spécifiques régions de l’ADN) peut être causé par la récente colonisation par quelques individus. La réussite d’une invasion peut être influencé par différents facteurs. Par exemple, l’absence d’herbivores peut faciliter l’établissement et la formation de denses populations par une espèce invasive. Dans cette thèse, j’ai démontré que seul le zooplancton de grande taille peut manger Gonyostomum. La grande taille et la production de mucilage par Gonyostomum ont limité l’ingestion par les autres espèces de zooplancton. De plus, des données sur la composition du zooplancton et phytoplancton de plusieurs lacs suggèrent que les espèces de zooplancton de grande taille ne sont pas présentes dans les lacs ou Gonyostomum existe. L’absence d’herbivores pouvant manger Gonyostomum, peut potentiellement faciliter la formation de denses populations et donc envahir les lacs.