Ecology of Rhizostoma pulmo in the southern European seas : From biogeography to population dynamics / Valentina Leoni silva ; sous la direction de Juan Carlos Molinero Vargas

Résumé / Abstract : Les changements climatiques impactent la biogéographie, la phénologie et l'abondance des populations marines, favorisant une reconfiguration du fonctionnement des écosystèmes marins. L’augmentation des proliférations de méduses révèle des changements de la structure des écosystèmes, ainsi que de leurs services et par conséquent du bien-être des populations humaines. Rhizostoma pulmo est une scyphoméduse des mers du sud de l'Europe qui au cours des dernières années a montré des proliférations massives. Les facteurs sous-jacents à l'origine de ce phénomène restent jusqu'à présent inconnus en raison d’un manque de connaissances sur l’écologie de l'espèce. Le but de cette thèse a été de déterminer les facteurs écologiques contrôlant la dynamique de populations et l'écologie trophique de R. pulmo. Cela a été accompli en utilisant trois approches complémentaires à différentes échelles. Premièrement, les facteurs environnementaux qui façonnent les tendances géographiques des proliférations à long terme dans la Méditerranée et la mer Noire ont été évalués. Deuxièmement, les effets des facteurs biotiques et abiotiques sur la dynamique d'une population de R. pulmo et son rôle trophique tout au long de l'ontogenèse ont été étudiés. Pour ce faire, un suivi in situ a été réalisé pendant un an sur l’étang de Bages Sigean, un écosystème semi-fermé qui offre la possibilité de suivre l'espèce pendant tout son cycle de vie. Finalement, ces résultats ont été intégrés dans un modèle dynamique de réseau trophique.Les résultats obtenus ont montré que les proliférations de R. pulmo ont augmenté en intensité et fréquence au cours des dernières décennies, parallèlement à des anomalies de température positives. La biogéographie de l'espèce semble également être façonnée par les gradients de température latitudinaux, car les zones les plus au nord où les eaux sont plus froides ont montré des proliférations moins intenses que les zones les plus au sud où la température est nettement supérieure. Les résultats ont aussi révélé un effet significatif de la température printanière sur les changements phénologiques, favorisant un début plus précoce et une plus longue saison des méduses. Les différentes niches environnementales déterminée pour les populations de trois lagunes méditerranéennes suggèrent l'existence d'une métapopulation. À l'échelle locale, trois cohortes ont été identifiées au cours d'une année, et la disponibilité en nourriture semble être le facteur contrôlant la dynamique de la population. Les résultats ont montré que la composition du régime alimentaire diffère de la disponibilité des proies dans l'environnement, avec des préférences contrastées tout au long de l'ontogenèse. Les copépodes étaient les proies les plus fréquentes pour les jeunes méduses (diamètre de l’ombrelle <15 cm), et les ciliés étaient préférés par les grandes méduses (>15 cm). Les simulations du modèle ont souligné que la température influence le début de la prolifération et que son développement est contrôlé par la disponibilité de la nourriture. Ces résultats apportent une approche intégrée des effets de la variabilité environnementale sur l'écologie et la dynamique des populations de R. pulmo à de multiples échelles temporelles et spatiales. Face à l'extraordinaire diversité de formes, de stratégies de vie et de rôles trophiques des méduses, nous encourageons les recherches futures à appliquer des méthodes similaires sur d'autres espèces, ce qui permettra d’identifier les zones du globe et les espèces susceptibles de voir leur abondance augmenter à l'avenir.

Résumé / Abstract : Global changes have altered biogeography, phenology and abundance of marine populations, thereby promoting a reconfiguration of marine ecosystems’ functioning. Increasing jellyfish blooms warn of major changes not only in ecosystem structure but also in their services and ultimately in human welfare. Rhizostoma pulmo is a large native scyphomedusa of the southern European seas, and in the last decade has gained notoriety due to massive bloom events. Underlying factors driving this phenomenon remain so far elusive, mainly due to the lack of knowledge on the species’ ecology. The aim of this Ph.D. was to uncover drivers of the population dynamics and trophic ecology of R. pulmo through a multi-scale approach. To achieve it, three nested and complementary approaches were employed. The first one assessed, by means of data mining, environmental drivers shaping geographical patterns of bloom events on a long-term scale along the Mediterranean and Black Seas (7,359 records from 1875 to 2019). Secondly, the effect of biotic and abiotic factors on the dynamics of a R. pulmo population, and its trophic role along ontogeny were studied. To do so, an in-situ monitoring was performed during one year (2019) in Bages Sigean, a northwestern French Mediterranean lagoon. It is a natural mesocosm that offers the possibility to track the species on time, as all its life cycle occurs in the lagoon. For a deeper understanding of the processes behind the observed patterns, as a final step, these results were incorporated into a food web model. The 0D plankton food web model coupled low trophic level dynamics, based on a classical Nutrient Phytoplankton Zooplankton Detritus (NPZD) model, to copepods and a jellyfish model based on the pelagic life stages from ephyrae to large medusae.The study showed that R. pulmo blooms exhibited an enhanced magnitude and frequency in recent decades, concurrently with positive temperature anomalies. The biogeographical patterns of the species appear also to be shaped by latitudinal temperature gradients, as northern locations with colder waters showed less intense blooms than southern warmer locations, where the most intense bloom events were recorded. Results uncovered a significant effect of warmer springs on phenological changes, which boosted an earlier start and a longer duration of the medusae season. An intersite comparison revealed different environmental niches in three Mediterranean lagoons, suggesting the existence of a metapopulation. At a local scale, three cohorts were identified during one year, and mesozooplankton abundance appeared to drive the population dynamics in the lagoon, evidencing a bottom-up control. Results showed that the diet composition differs from the availability of prey in the environment with contrasting preferences along ontogeny. Calanoid and harpacticoid copepods were the most frequent prey and the major carbon contributors for young medusae (bell diameter <15 cm), whilst ciliates were the most frequent prey for large organisms (>15 cm). Model simulations emphasized a leading effect of temperature on the bloom timing, while bloom development was promoted by food availability. These results bring an integrated overview of how multiscale environmental signals shape the ecology and population dynamics of R. pulmo. With jellyfish's broad diversity of forms, life strategies and trophic roles, we encourage future research to apply similar strategies in other species, that will allow identifying which species will increase in the future, and where.