Ecosystème pélagique :
Faire schéma : Colonne d’eau, zone épipélagique : basé sur le plateau continentale = habitat liquide posé sur le plateau donc possibilités d’interaction entre océan et continent.
Zone benthique
Plancton, necton
En dessous de 200 mètres, l’environnement est particulier :
Il y a une rareté de lumière
De nourriture
De sels nutritifs comparé à la zone au dessus des 200 mètres (il n’y a pas de barrière strict, on utilise la zone des 200 mètres par convention).
Pour étudier ce qui flotte et ce qui nage (plancton et necton) il est nécessaire de bien connaître les caractère : Physique
Chimique
Le substrat
La zone compri entre 0 et 200 mètres est celle absorbant le plus de lumière.
On distingue les zones suivantes :
Zone euphotique : où il y a suffisamment de lumière pour permettre la photosynthèse.
Zone aphotique : c’est l’inverse, il n’y a plus suffisamment de lumière pour assurer la photosynthèse. Il y fait noir pour l’œil humain mais ce n’est pas pour cela qu’il n’y a plus du tout de lumière.
La photosynthèse a une fonction biologique : celle d’assurer la production primaire.
Voir polycopier.
Notion :
Profondeur de compensation : profondeur à laquelle le taux de production primaire et égale à la respiration. C’est la profondeur d’équilibre budgétaire énergétique (on parle ici du phytoplancton).
C’est une notion utile mais qui ne représente pas la réalité car le phytoplancton bouge dans la colonne d’eau (du aux marées dont les effets peuvent être ressentie jusqu’à 2000 mètres de profondeur, le vent, la température).
Principe de la spirale d’Eckman : le vent caresse la surface de l’eau qui entraîne des molécules vers le fond, lesquels entraînent d’autres molécules…(lié par des liaison hydrogène) et ainsi de suite. Voir poly p1 fig2.2.
Il y a un décalage du mouvement des vents vers la droite dans l’hémisphère Nord
décalage du mouvement des vents vers la gauche dans l’hémisphère Sud.
Ce décalage est appelé spirale d’Eckman, ce qui entraîne la migration verticale du zooplancton.
La température : il y a création de cellules de convection. Ainsi, le phytoplancton peut passer une partie de son temps au dessus et une partie au dessous de la profondeur de compensation.
Il s’agit d’une profondeur critique. S’il passe trop de temps au dessous de cette zone, il perd de l’énergie et finie par mourir. Il se dépose alors sur le font et se sédimente créant les boue sous marine).
La lumière ne pénètre pas de façon uniforme dans la colonne d’eau (il y a une absorption prioritaire des longueur d’onde les moins énergétique, puis ensuite de celles les plus énergétique) : R, O, J, Ve, B, IR, Vi, UV. Ainsi, les onde du bleu au UV pénétreront le plus profondément dans la colonne d’eau même s’ils sont réduis au fur et à mesure de la profondeur.
La lumière dispersée dans l’eau sera donc fonction de la qualité et de la quantité de lumière, mais aussi de la colonne d’eau et de ce qu’elle contient (phytoplancton pouvant engendrer un auto-ombrage…). Par exemple, il y a une grosse différence entre les eaux de la Martinique et celles de Saint Nazaire. Ceci a un effet sur la photosynthèse puisque le type de lumière est différent.
La salinité :
C’est à la surface de l’eau que la salinité varie le plus (pluie par exemple). A cette interphase, les variations sont nombreuses pouvant avoir des incidences sur quelques centimètres de profondeur. L’évaporation conduit à une augmentation de la salinité mais le brassage de l’eau vient réguler ce phénomène.
Autre facteur important : la proximité du continent. En effet, quantité d’eau douce est déversée par les fleuves avec de grandes variations suivant les saisons. Il y a également une influence des marées avec une importance marquée car le fond est beaucoup moins loin (20 à 30 mètres) qu’en plein océan (300 à 600 mètres de fonds).
Températures et concentrations en sels nutritifs on également un rôle important. En effet il y a établissement d’un thermocline notamment en été (Exemple : dans les régions tempérés, voir poly P1).
Il y a plus de vent l’hiver que l’été avec des vents dominants qui peuvent être ressenties pendant plus longtemps. Cette action peut être ressentie jusqu’à 200 mètres ce qui permet un bon brassage de l’eau, des sels minéraux dissous et des matières en suspension (MES).
Définitions :
Seston : particules suspendues dans l’eau (composition extrêmement variée). Il inclus une fraction vivante : le plancton. (zoo et phytoplancton)
Une fraction non vivante : les particules de sédiments, toutes sortes de détritus organique, carcasse de zoo et de phytoplancton…
Il est également possible de classer le seston par d’autres critères tel que la taille.
Facteur limitant durant l’hiver : la lumière (plus on va vers les pôle, plus on diminue la photopériode et la quantité d’énergie reçu lié à l’angle d’incidence). Il y a donc moins de lumière dans la colonne d’eau.
La température : la physiologie des espèces est réglé par rapport à la température des couches de surfaces (jusqu’à 25- 30 mètres).
Ainsi, la production primaire pendant l’hiver est relativement faible.
L’été :
Il y a moins de vent l’été que l’hiver, la température est plus élevée. Ce sont les couches superficielles qui sont le plus réchauffés. On obtient ainsi une stratification de la colonne d’eau conduisant à la création d’une thermocline. Il s’agit d’une véritable barrière pour le phytoplancton.
Création d’une thermocline :
Le pycnocline est une rapide variation de la densité de l’eau.
Il y a un changement des caractéristiques de l’eau entre les zones décrite ci-dessus (l’eau chaude est moins dense que l’eau froide), on a donc deux couches d’eau très différentes du point de vue thermique, biologique, chimique, brassage de l’eau….
Les sels nutritifs commencent à manquer dans la couche d’eau supérieure et constituent un facteur limitant, tandis qu’ils augmentent dans la couche inférieur.
On observe la mort de nombreux organisme planctonique à la fin de l’été puisqu’il y a une diminution de la quantité de sels nutritifs disponibles. Dans les couches inférieur, il y a des sels nutritifs, mais les températures sont basses et il y a peu de lumière, ce qui limite fortement l’expansion démographique du plancton. La meilleure période pour celui-ci se situe au printemps et en automne (vent plus fort, lumière suffisante, température acceptable).
La vie des espèces est donc étroitement liée aux conditions de l’habitat.
- Dans les tropiques : plus on s’approche de l’équateur, plus la photopériode devient stable et plus la position du soleil devient stable. Les saisons sont moins marquées et la thermocline s’installe en permanence (100 à 200 mètres de profondeur. Ce qui veut dire aussi que la couche superficielle est extrêmement pauvre en sels nutritifs et constitue donc toujours le facteur limitant dans la colonne d’eau (puisqu’il n’y a pas d’échange avec les fonds sauf près des côtes). Ainsi, de très vaste régions de l’océan sont de véritable désert biologique (pas de phytoplancton = pas de chaînes alimentaires.
Organismes planctoniques : ce sont des organismes aquatiques qui sont incapable de se déplacer indépendamment de la masse d’eau et contre les courants d’eau.
Organismes nectonique : ce sont tous les organismes capables de se déplacer contre les courants d’eau (poissons…).
Organismes planctoniques :
- Les Diatomées (bacillariophycées) : le genre coscinodiscus domine largement ce groupe.
- Les Dinoflagellés
- D’autres groupes qui sont en minorités.
Coscinodiscus : ce groupe connaît une diminution du diamètre moyen des individus des populations au cour de l’année, du à une reproduction asexuée. Et ce avant l’arrivée d’une nouvelle saison favorable à une reproduction sexuée.
Les différents groupes ce distingue grâce à la forme de la frustule (coquille en silice) :
.
Organismes zooflagellés ou zoomastigophores :
Plusieurs genres : genre Noctiluca spp (espèce fluorescente). Certaine espèce sont colorées en rouge sur de vastes étendues (mer rouge, mais aussi sur nos côtes françaises).
Métazoaire = - Copépodes (c’est le groupe dominant du zooplancton)
- Calénoïdes
- Cyclopoïdes
La relation diatomées/ Copépodes, est la relation la plus importante dans l’eau. Quand on tente une évaluation de la biomasse, on peut se tromper à 80-90% dans les résultats. Cela est du au couplage extrêmement étroit entre les producteurs primaires (les diatomées) et les producteurs secondaires (Copépodes) beaucoup plus élevé dans le milieu marin que dans les milieux terrestres.
Nombreuses crevettes sont planctoniques et appartiennent à la famille des crustacés (le Krill par exemples).
Les Amphipodes : la plupart ne sont pas planctoniques. Ce sont les crustacées malacostracés (sous classe la plus évolué : voir poly TP).
Les protozoaires : genre Globigerina spp.
Il s’agit de la classe des Rhizopodes (Amibes + Thécamébiens).
Depuis longtemps, elles sont entassées sur les fonds marins formant les boues globigérine (ce sont des sédiments calcaires).
- Les Foraminifères : Ils possèdent une coquille en calcium (Ca++) créant des dépôts calcaire mais plus près des côtes (puis entassés et pressurisés par la suite)
- Les Héliozoaires : Ils sont beaucoup moins nombreux..
- Les Hydrozoaires : Ils passent par un stade méduse (Hydroméduses) = Cuboméduses.
- Les Polychètes : Ils nagent dans le plancton = parapodes.
Certains Gastéropodes sont planctoniques au stade adulte, ce sont des Hemychordés (Exemple de Janthina sp).
Ils existe donc une grande diversité.
De plus, les espèces des grands groupes décrits ci dessus restent toutes planctoniques au stade adulte. Cependant, nombreux invertébrés benthique on des stades larvaires planctoniques (concombre de mer, homards, étoiles de mer). Ceux-ci représentent plus de 70% des espèces planctoniques mais qui ne le demeure pas au stade adulte.
Un problème est partagé par touts les organismes habitants la colonne d’eau : il est primordiale de rester près de la surface ou tout du moins de ne pas quitter les eaux superficiels. Comment faire pour rester en surface étant donnée leurs masses de plus grande densité que l’eau ? Il est nécessaire de développer des adaptations pour rester près de la source d’énergie.
Anatomie et physiologie de nombre d’espèces sont du au adaptation. Le plancton possède des mécanismes de flottement.
Vd = Do – Dm
R (Vm)
Où : Vd = Vitesse de descente
Do = Densité de l’organisme
Dm = Densité du milieu
R = Surface de Résistance
Vm = Viscosité du milieu (ici l’eau de la mer)
Rappel sur le point de congélation (faire schéma)
La densité diminue au moment du point de congélation, lié à la structure en cristal de l’eau à la forme solide (c’est pourquoi la glace flotte sur l’eau). La vie benthique n’est pas prie dans l’eau : Pourquoi ?
1/ Densité de l’organisme :
a/ Une des solutions pour alléger sont poids, est l’échange ionique. Exemple :
Na = 23 PM
NH4 = 18 PM
PM = Poids Moléculaire
Ainsi, les organismes vont échanger des ions lourds contre des ions équivalents plus léger ce qui permets une perte de poids moléculaire (ici, le sodium est échangé contre de l’ammonium).
Les Noctiluca (Genre d’algue unicellulaire de la famille des Piridiniens). Celle-ci utilise l’ammonium. Il existe d’autres échanges possibles :
SO42- : PM= 96
Cl -- :PM = 70
Les Noctiluca peuvent rendre les eaux Phosphorescentes en cas de pullulation.
b/ synthèse de structure ayant une densité inférieur à l’eau (H2O). Ainsi, on peut retrouver des flotteurs chez certaines espèces : Physalia spp (par exemple qui sont uniquement tropicales).
Faire schémas
Vellela spp (se trouve en Bretagne).
Janthina spp : fabrique un radeau de bulle en mucus.
Les substances produites pour flotter sont des lipides qui servent aussi de réserve énergétique chez les planctons.
2/ Surface de résistance :
Tout le corps constitue une élongation qui augmente la surface de résistance. Les organismes maximisent le rapport : surface/ Volume avec des protubérances…
Cerathium spp : changement de morphologie entre l’été et l’hiver.
Eté : Corne longue
Hiver : corne courte
Sauf exception, tous les organismes planctoniques restes de ce fait petits malgré les avantages d’une grande taille. Plus l’organisme est gros, plus son volume est grand. En restant petit, le plancton réduit sa vitesse de descente et c’est sans doute la raison de l’évolution vers une petite taille.
Au fil du temps il y a un net mouvement de descente et c’est pourquoi les fonds océaniques sont tous meuble. Le phytoplancton tend à rester vers la surface proche. Le zooplancton fait de même une partie du temps. L’autre partie du temps il migre vers le fond, puis remonte et recommence… (Ce fait est connu depuis la seconde guerre mondiale : du au technique de repérage des sous marin par sonar). En effet, le sonars était brouillé par une couche opaque (DSL : Deep Scattering Layer), il s’agissait en fait du zooplancton (migration diurne à 100m de profondeur, puis remonte la nuit à la surface). C’est une distance énorme pour un organisme de si petite taille (quelque mm).
Pourquoi cette migration diurne ? Quels sont les mécanismes utilisés pour cette migration ?
Plus les organismes sont petits, plus leurs mouvements sont dominés par la viscosité de l’eau (principe de Reynolds). Ce qui peut les aider à ce déplacer :
- Les courants en été (cellules de convection).
- Les différences de densités en fonction des moments de la journée et du chargement en lipide.
- Les mouvements et l’activation du plancton
Les organismes zoo planctoniques dépensent beaucoup d’énergie dans cette migration. Plusieurs hypothèses on été avancé pour expliquer le but de ce phénomène :
- Eviter des prédateurs ? (Les prédateurs migrent aussi)
- Possibilité de rejoindre des eaux plus froides pour réduire le métabolisme et économiser de l’énergie ? (L’énergie dépensée pour migrer est beaucoup plus importante).
La spirale d’Eckman permet au plancton de descendre dans la colonne d’eau et de la disperser, de l’éparpiller. On sait que si le zooplancton reste en permanence au même endroit, il finit par épuiser les ressources naturelles de phytoplancton. Le fait de migrer, conserverait les stock de phytoplancton disponible et permettrait le maintient stable des populations du zooplancton lui même.
Les mécanismes employé par le plancton :
Il existe deux possibilités : - la synthèse différentielle de lipide
- La locomotion.
Ils utilisent une combinaison des deux et atteignent une flottabilité neutre. S’ils catabolisent plus de lipide, ils descendront davantage. Toutes les catégories de plancton ne migrent pas. Cela s’applique à 50% des taxons.
LE NECTON :
Ce sont touts les organismes capables de ce déplacer à contre courant, vertébrés (poissons, reptiles, mammifères,… et invertébrés. Les oiseaux marins associés à la mer tel les manchots, les cormorans, les plongeons… sont inclus dans le necton.
Il y a ici un changement d’échelle, ce sont des organismes macroscopiques pour lesquels les composantes du milieu sont différentes. Par exemple, il n’y a pas d’influence sur eux de la spirale d’Eckman. En revanche, ils sont marqués par le caractère tri dimensionnel du milieu : il n’y a pas d’obstacles et il y a de la place. Certains organismes descendent largement en dessous des 200 mètres de profondeur.
Remarque : Plus il y a de caractère tridimensionnel dans un milieu, plus celui-ci peut accueillir de niches écologiques. Ici, la tridimensionnalité est très simple. De ce caractère découle l’essentiel des caractéristiques du necton. Il n’y a pas de possibilités dans l’eau de se cacher. Il y a une relation prédateur/ Proie qui nécessite rapidité d’action et de détection. Beaucoup d’organismes sont en même temps proie et prédateur, ce qui nécessite de minimiser la détection par les autres tout en augmentant ses propres capacités de détection des autres espèces. Il y a donc nécessité de rapidité.
Conséquence sur la morphologie : Une symétrie bilatérale universelle. On observe aussi une forte céphalisation (forte concentration d’organes dans la tête, différenciation des parties antérieurs/ postérieurs très net).
Les problèmes communs avec le plancton lié à cet habitat :
- la flottabilité (intérêt de rester proche de la surface pour ce nourrir, jusqu’à –200m).
La vessie natatoire chez certains poissons permet d’ajuster la flottabilité en fonction des besoins (voir schéma p5). On y retrouve des gaz tel l’oxygène (O2), l’azote (N2), l’argon, le CO2…
Il existe deux types de poissons à vessie natatoire :
- les physoclistes : la vessie natatoire est relié au réseau sanguin (gaz dissous dans le sang).
- les physostomes : La vessie natatoire est directement relié à la bouche par l’œsophage, permettant d’avaler des gaz et de les stocker.
- chez les requins il n’y a pas de vessie natatoire mais un foie volumineux rempli de lipide (ester de cire).
D’autres adaptation existe : certains on de grande quantité de graisse sous cutané (qui aide tant à la flottaison qu’à l’isolation thermique). On retrouve notamment ce système chez les mammifères marins.
Les poissons eux diffusent les lipides dans les muscles (entre les éliomères : couches de muscles). C’est le cas du saumon, de la truite, du hareng qui sont dits : poissons gras, car ce sont des poissons de surface. Les poissons de fond ou benthiques sont des poissons maigres (la morue, la lotte, la majorité des gallidés, les cépastes…).
La disposition et la forme des nageoires :
- Certains poissons on une nageoire caudale hépicerque (la force de déplacement est plus importante vers le haut que vers le bas). Conduisant l’espèce à remonter naturellement vers la surface. C’est le cas des requins.
- Un rostre profilé pour faire monter l’organisme vers le haut (requins, esturgeons).
(schéma 3.4 p5).
- Nageoire pectorales profilées pour remonter dans la colonne d’eau (comme des ailerons d’avions.
- Les calmars eux, échange des ions lourds contre des ions légers.
Une locomotion rapide est possible grâce à des adaptations :
- De propulsions
- D’hydrodynamisme.
On observe une propulsion par mouvements ondulatoires latérale chez les poissons et ventrale chez les cétacés. Chez le thon, il y a un mouvement d’aviron de la nageoire caudale, lié à des tendons des muscles vers la caudale.
Chez les calmars, on observe un mouvement ondulatoire par jets d’eau (expulsion par un siphon avec contraction des muscles). Le siphon est très flexible et peu s’orienter dans n’importe quel sens.
Chez les lamantins, les phoques… on observe un mouvement d’aviron des pattes.
- L’hydrodynamisme : minimise la résistance d’un corps solide dans un corps liquide. Il y a trois types de résistance :
1 : du à la forme qui dépend de l’épaisseur maximum d’un objet.
2 : du à la friction. Quand un fluide s’écoule sur un corps solide, les molécules d’eau sont entraînées par le corps solide et la friction est proportionnelle à la surface.
3 : La turbulence : qui dépendra de la forme de l’objet qui se déplace.
Un organisme aquatique doit donc minimiser les trois types de résistance. Voir poly p4.
Schéma de la forme générale des poissons :
Ceci contraste avec la forme des poissons de fond (lotte, baudroie, rascasse…).
La détection :
Il y a plusieurs adaptations pour éviter la détection par les autres espèces. Quand un organisme A, nage dans l’eau au dessus d’un organisme B, il créé une zone d’ombre visible. Pour minimiser cette ombre, le corps est profilé en forme de pointe vers le corps, comme sur le schéma ci dessus (biseau par rapport au dos).
Eviter la détection par la coloration (blanc en face ventrale, gris bleu sur le dos). Ceci minimise la détection. Chez les maquereaux par exemple, les stries visent à casser la forme générale de l’animale. C’est la même chose chez l’orque. C’est le principe du camouflage, sans pour autant modifier l’hydrodynamisme. Très peu d’autres modifications sont possibles pour minimiser la détection.
Pour détecter la présence de proie ou de prédateurs :
Effet d’échelle : la perception est différente selon la taille des organismes. A même milieu, les forces exercées sur les organismes sont différentes. Nombre de Reynolds et les organismes nectoniques et planctoniques :
Re = P V L
m
Où P = densité du milieu
V = Vitesse du corps
L = Dimension du corps
m = Viscosité du milieu
La viscosité est très importante (seul facteur du dénominateur). Pour une viscosité donnée, on a un nombre de Reynolds plus petit pour des organismes petits. Re sera fonction de la vitesse de déplacement. Au dessus de Re > 40 on voit apparaître des turbulences (visibles à l’œil nu). Plus Re est élevé, plus les turbulences sont importantes. Il n’y a pas de turbulences engendrées par les petits organismes. Les effets de viscosité étant proportionnel à la surface du corps, elle sera très grande pour un petit organisme. Pour un copépode par exemple, le milieu aqueux est beaucoup plus visqueux que pour nous. (Voir poly P3).
Effet de viscosité x surface du corps x L2
Effet d’inertie x masse x L3
Les mouvements de petits organismes sont dominés par les effets de viscosité.
Les mouvements de grands organismes sont dominés par l’effet d’inertie.
Ce qui permet d’expliquer le mouvement de particules en suspensions. Il restera les résistances du à la forme et à la friction, ce qui constitue quand même une contrainte pour les microorganismes.
On voie deux types d’évolution chez le plancton :
- Ceux qui misent sur la nage, ils sont profilés (paramécie)
- Ceux qui ont adopté d’autres adaptations et ne sont pas profilés.
En revanche, chez le necton, touts les organismes sont profilés. Ils ont une très bonne vue, un très bon système olfactif (rhinencéphale), sont très sensibles au vibrations, au champs électrique et ses variations.
L’échosondage chez les cétacés (page 9) amplifié par une structure importante permettant de localiser les proies (l’aire de réception est basé sur la mandibule inférieure).
Toute la région céphalique est modifié chez les cétacés et fonctionne comme une parabole, les sons étant produits dans les voies supérieures du crâne. Les narines sont l’une au dessus de l’autre. Ils ont une couche de lipide très typique qui influence la production des sons (système du sonar). On ne connaît pratiquement rien de la communication entre cétacés (on connaît très grossièrement les messages émis), ce qui prouve une chose : nous sommes incapables de comprendre quelque chose que l’on ne connaît pas !
Les vertébrés :
Ils sont secondairement adaptés à la vie dans l’eau.
1/ Plongée.
2/ Equilibre osmotique (hypotonique/ milieu).
Les mammifères : on suppose que les reins sont plus efficace que ceux des mammifères terrestres permettant de conserver leur caractéristique de milieu hypotonique.
Les larmes chez les mammifères permettent de conserver le milieu hypotonique. Les tissus des yeux sont hypertoniques.
Les oiseaux : ils possèdent des glandes à sel près des yeux.
1/ La plongée présente des problèmes à l’organisme : on observe un barotraumatisme lié à la pression (2 atmosphères à 10 mètres de profondeur = 2 bars). Il faut que la pression soit la même des deux côtés du tympan sinon on risque la crevaison de ce dernier. Le problème est que le conduit d’eustache reste à une pression d’1 bar chez l’homme. Il faut donc établir la connexion entre le canal d’Eustache et les poumons pour ce dernier. Chez les cétacés, le canal d’Eustache n’est pas fermé, ce qui ne pose pas de problème (de plus, chez ces espèces, le canal est très large).
Les côtes des cétacés sont flexibles ou articulantes ce qui permet de supporter les grosses pressions.
Autres problèmes liés à la descente : comment plonger ? Ils doivent avoir une flottabilité positive mais que cela ne les empêche pas de plonger. Un vertébré a tendance à flotter du aux stocks de lipides, à l’air conservé dans les poumons gonflés…
Ces animaux on donc besoin de plonger pour ce nourrir.
Ils on néanmoins besoin d’oxygène pour plonger.
La plongée : les cétacés ne gonflent pas leurs poumons. On entend un sifflement avant de les voir plonger. En fait, ils vident leurs poumons et utilisent leurs nageoires pour plonger. Avec la pression, le volume de l’animale diminue et donc la poussé d’Archimède aussi. Une fois la descente amorcée, ils leurs est donc plus facile de rester sous l’eau.
Faire schéma : stratification marine.
- Le métabolisme aérobie :
Quand ont plonge, on a plus accès à l’oxygène, il faut donc trouver d’autres moyen pour survivre sous l’eau. Ainsi, les mammifères marins ont développé des adaptations pour stocker l’oxygène. Ils ont un volume de sang très important par rapport aux mammifères terrestres et très riches en hémoglobine. Leurs molécules d’hémoglobines sont plus efficaces et stock plus d’oxygène. La myoglobine remplie la même fonction que l’hémoglobine mais dans les muscles qui sont de ce fait très riche en oxygène.
Les mammifères marins ont une grande tolérance à l’acide lactique (produit terminale de la respiration aérobie).
1. Le réflexe du plongeur (figure 3.21 P8) :
La fréquence cardiaque diminue pendant la période de plongée. Ceci est une des composantes du réflexe du plongeur appelé bradycardie (car le cœur consomme beaucoup d’oxygène). Mais le réflexe du plongeur s’accompagne aussi d’un shunt vasculaire : le sang quitte les partie du corps les moins importantes pour irriguer les parties vitales (cœur, cerveau…). Chez les vertébrés secondairement adaptés, 90% du corps n’est pas nécessairement adapté sans conséquence pendant parfois 30 minutes.
2. Le shunt vasculaire ne se retrouve que chez les mammifères marins et l’homme. Les humains ont ce réflexe qui augmente quand la température diminue (apnéistes, pêcheurs sous marins)
Remarque : nous sommes les seuls primates non aquatiques à posséder ce réflexe avec les singes semi aquatique comme les nasiques.
Les autres primates (babouins, gorilles…) non seulement, n’ont pas le réflexe du plongeur, mais ont même peur de l’eau et ne se risque pas à traverser un cours d’eau. Contrairement aux autres primates, l’homme se rapproche tant que possible de l’eau (il n’y a qu’à voir les foules réunies sur les côtes pendant la période estivale). Ainsi, nous pouvons nous poser la question de savoir où classer l’homme ? Fait il partie des espèces semi aquatique ou bien sommes nous une exception ?
3. Autres problèmes de la plongée :
* L’azote (N2) peut provoquer des narcoses et c’est pourquoi il est important d’effectuer des paliers de décompressions. La narcose est relié à la pression partielle au delà de 40 mètres de l’azote (N2) qui se dissout alors dans la myéline. Ainsi, si on remonte trop vite, il y a un risque de thrombose. C’est à dire que des bulles apparaissent dans les vaisseaux, les bouches et entraîne la mort.
- On peut minimiser ce problème en réduisant la quantité d’air dans les poumons. Les bronches, même si elles conservent une partie de l’air absorbés, ne sont pas des surfaces d’échanges et le volume mort occupé par l’air n’entre pas dans le sang.
*Le problème de l’homéothermie : Les oiseaux et les mammifères marins ont une nécessité de conserver leur température corporelle élevée par rapport au milieu. Par ailleurs, l’eau absorbe la chaleur 24 fois plus vite que l’air. Il y a donc une perte calorifique beaucoup plus importante dans l’eau que dans l’air à température égale.
- Les animaux on résolut ce problème grâce au maintient d’une couche de graisse qui ne peut cependant être trop importante pour ne pas entraver la plongée. Les baleines, qui ont une couche de graisse importante, on malheureusement payé un lourd tribu de cette adaptation puisqu’elle furent l’objet de trois siècle d’exploitation par l’homme, notamment pour l’éclairage des villes (le pétrole étant autrefois très peu exploité).
- D’autres animaux ont, en plus d’une couche de graisse, un revêtement externe composé de poils creux (la loutre, l’ours polaire…).
Coupe schématique d’un poil de loutre :
- Chez les oiseaux, ce sont les plumes qui sont adaptés, en effet, celle-ci sont recouverte d’une substance huileuse étalé par l’oiseau et provenant d’une glande à la base de leur queue : la glande uropygienne (canards…). Tout les oiseaux marins en sont munis à l’exception du cormoran (Phalocrocorax carbo) voir poly P7. Celui-ci après avoir plongé étend donc ses ailes pour faire sécher ses plumes.
-Poly, fig 3.2 p 8. Les mammifères marins on également un autre système pour conserver la chaleur. Dans le système sanguin des dauphins (Tursiops truncatus par exemple), les veines entourent les artères et le flux sanguin y est à contre courant par rapport à ces dernières. Le sang qui arrive au cœur est ainsi à même température que celui qui en part.
Ce sont toutes ces adaptations qui permettent de conserver la chaleur, mais touts les organismes peuvent avoir le même problème que nous : une hyperactivité entraîne un effort musculaire important et donc une production de chaleur. Ils doivent pouvoir évacuer cette excèdent de chaleur. Ainsi, les parties de leur corps de grande surface comme les nageoires (baleines, dauphins) sont extrêmement capillarisées et permette un choc vasculaire si nécessaire.
Pour revenir sur le cormoran (poly P7) : Il sont secondairement adapté à la vie aquatique puisqu’ils n’ont pas de glande anale comme les manchots par exemple. Leurs origines sont dans les eaux chaudes des tropiques et il y a eu par la suite une évolution des populations vers les eaux tempérées et même froide. C’est le paradoxe du cormoran. Il s’agit d’un exemple intéressant d’interaction entre biologie de l’organisme et biologie de l’habitat.
En effet, ce dernier est dépendant d’une quantité importante de nourriture pour compenser les pertes énergétiques en chaleur (le bilan énergétique de cette espèce reste positif du fait qu’elle passe peu de temps sous l’eau par proie capturée). Ainsi, ce sont les chasseur les plus efficace parmi les oiseaux marins (c’est pourquoi il est si peu aimé des pisciculteurs !). On ne les trouve qu’en zone de forte densité de population piscicole (ils observent sûrement les autres espèces d’oiseaux plongeurs pour savoir où il y a beaucoup de poissons).
Les caractéristique du fond du sublittoral : habitat benthique.
La majorité de la production dans ce milieu provient du plateau continental. Le substrat y est variable : - Substrat rocheux = présence de laminaire, dominé par la colonisation de la surface et la compétition pour la place.
- Substrat meuble = présence d’organisme de grande taille (macrofaune) additionné avec des organismes de petite taille (microfaune). Les fonds à substrat meuble sont très étendus et de deux natures. Ils sont soit sableux, soit vaseux mais il existe souvent des fonds mixte.
Quoi qu’il en soit, il y a dans les fonds vaseux une caractéristique universelle : on y voit presque rien. Parfois sont présentes quelques phanérogames (posidonie par exemple), car elles ont des racines pour ce fixer. Dans les zones peu agitées, ulve et entomorphe sont présentes tandis que les fonds sont désertiques plus bas.
Les raison : Premièrement, le fond meuble confère une faible tridimensionnalité car les organismes ne peuvent s’y ancrer et y ajouter de dimension supplémentaire.
Deuxièmement, peu de niches écologiques sont disponibles car la prédation y est très facile (repérage des proies aisé). Seuls quelques poissons plats et des crabes peuvent s’y dissimuler en creusant et en s’enterrant dans le substrat vaseux. L’essentiel de la vie est donc sous le sédiment.
Troisièmement, l’eau y est très turbide (beaucoup de matière en suspension) ce qui absorbe la lumière et diminue les possibilités de production photosynthétique.
On obtient ainsi un schéma du type :
L’épifaune est rare, constituée d’organisme macroscopique. L’endofaune est beaucoup plus abondante (macro et méofaune). La méofaune est constituée d’organisme suffisamment petit pour vivre entre les sédiments. Ce sont pour la plupart des métazoaires. Leurs caractéristiques sont plus ou moins marquées suivant les profondeurs.
Les vagues (provoquées par les marées, vents, houles…) rendent le substrat encore plus instable (d’autant plus s’il est vaseux). C’est une caractéristique déterminante pour les organismes qui y vivent.
La salinité : celle-ci est variable près des côtes en raison de l’apport d’eau continentale qui varie selon la proximité avec les estuaires (ceux-ci charrie beaucoup de limon et rendent le substrat vaseux comme à saint Nazaire par exemple) et leur débits. Par exemple, un fleuve à gros débit comme le Mississipi charrie beaucoup de limons qui sont déversé dans la mer. Certains pensait que cela constituerait un comblement de la baie à terme (sauf que, réchauffement climatique oblige, on a jusqu’à maintenant assisté à une érosion des terres et non à un comblement).
Les conditions de luminosités : elles sont variables selon la nature du substrat (les zones à substrat meuble sont comme nous l’avons vu plus haut, plus turbide que les zones à substrats rocheux). Sur les zones sublittorales, les quantités de nourriture sont élevées car beaucoup de sels minéraux nutritifs permettent une production phytoplanctonique élevée (surtout si les eaux sont peu turbides).
Les caractéristiques de la macrofaune et de la microfaune concernant la nourriture :
Il est très hasardeux pour beaucoup d’espèce de se retrouver avec l’épifaune. Les quelques prédateurs qui s’y trouvent sont très efficaces. Les proies se cachent donc sous le sédiment (avantage sélectif) et les prédateurs développent des contres adaptations pour rechercher les proies sous le sédiment. Ainsi, on a une biomasse très élevée sous les sédiments.
Par ailleurs, on a pu observer que les organismes de l’endofaune avaient de grandes similitudes quelques soit leur localisation géographique à l’échelle mondiale.
Voir figure P10 : Peu importe où l’on échantillonne, ont retrouvent toujours les même type d’organismes (Macoma spp, Cardium spp, Dentalium spp, Mya spp…). Ceux ci sont divisés en communautés : Macoma incongruta…
Ce constat a engendré le concept de communautés de fonds parallèles. En fait, pour synthétiser, les conditions des habitats sont tellement semblable qu’on va toujours retrouver les mêmes taxons (dont les stades juvéniles sont larvaires et donc très dispersifs).
Nature du sédiment :
Plus le sédiment est fin, moins l’eau y circule facilement, ce qui pose problème pour la respiration aérobie. Les organismes doivent donc avoir accès à la colonne d’eau pour avoir accès à l’oxygène (Sabella, Tagelus, Clinocardium, on des siphons inhalants/ exhalants tandis que d’autres comme Urechis sp, un annélides, creuse des galeries). Voir aussi polycopié P11.
Ces organismes étant relativement nombreux, il y a une compétition pour la place d’accès à la colonne d’eau. Il y a ainsi un mélange d’organismes avec des siphons plus ou moins long ce qui décale les organismes dans le substrat.
Ces derniers peuvent risquer un déterrement à cause des vagues. Il y a donc une mortalité élevée et constituant un apport de nourriture pour d’autres espèces en zones intertidale. Les espèces ont donc deux types d’adaptations face à ce facteur :
- soit les organismes sont petits, léger, avec peu de coquille et de bons muscles adducteurs (deux muscles isomyaires). Ainsi, ils leurs est plus facile de s’enterrer rapidement une fois déterrés. Ces espèces ont un pied de grande taille qui leur permet de creuser. Ils misent donc sur l’enterrement après déterrement.
- Soit les organismes sont gros et lourds, ils ont une coquille épaisse, afin de ne jamais êtres découverts (c’est le cas des bivalves endobenthiques tels que : Mercenaria, Spisula ou Cerastoderma mieux connu sous le nom de coque).
Il n’existe que ces deux méthodes pour lutter contre le déterrement.
Les organismes eux-mêmes peuvent altérer le substrat en fonction de sa nature et du type d’organisme :
- Les espèces enfouisseuses (peuvent creuser en bougeant et donc déstabilisent le substrat). Leurs actions sont beaucoup plus sensibles dans les substrats vaseux. En remuant les fonds vaseux, elles augmentent la turbidité et encrasse les branchies des suspensivores.
- Les espèces tubicoles : elles stabilisent leurs tubes avec du mucus et donc stabilisent par la même occasion le substrat (on peut notamment observer ce phénomène à la plage du port de Merquel où les espèces tubicoles forment un véritable champs de tubes).
- Les espèces suspensivores : Elles stabilisent le substrat par leurs corps figés et filtre l’eau. Elles rendent donc l’eau moins turbide favorisant l’établissement d’autres suspensivores.
Les poissons plats : ils sont collés sur les fonds meubles (sableux ?). Ils peuvent changer de couleur. Ils sont comprimé dans le sens droite/ gauche. Cette transformation n’apparaît qu’après le stade larvaire après lequel ils évoluent en poissons plats avec deux yeux du même côté de la tête (le côté de migration des yeux est variable selon les espèces). Leur bouche est utilisée comme ciseau pour fouiller dans les sédiments (ils se nourrissent de bivalves). En général, quand les poissons plats se nourrissent dans le substrat, ils ne mangent que les siphons des bivalves (lesquels peuvent les régénérer très vite. C’est devenu à terme de la relation prédateur/ proie, un poste de dépense énergétique compris dans les dépenses journalières).
Les poissons plats peuvent aussi se couvrir de sédiment pour se protéger de la prédation.
Les raies : elles sont aplaties dorso-ventralement, ce qui engendre une bouche ventrale et ne conduit pas à une migration des yeux comme chez la sole par exemple. Les raies ne sont pas de grands prédateurs de poissons. Elles se nourrissent aussi dans les sédiments. Elles effectuent pour ce faire, de rapides mouvements de cambrages pour creuser le sédiment.
La lotte : Elle a une bouche supère (dirigée vers le haut) et une « canne à pêche », qui est en fait une excroissance membranaire. C’est un poisson plat avec une coloration identique au substrat. Il possède des excroissances ramifiées simulants des algues.
La rascasse : possède aussi une bouche dirigée vers le haut et beaucoup d’excroissance.
Pour les poissons ne subissant pas de prédation, il n’y a pas d’effort de camouflage. C’est le cas du poissons loup (qui se nourri d’oursins).
Enfin, certaines espèces développent une agilité particulière pour éviter les prédateurs (un gavidés : le Merlu). On constate chez cette espèce une modification de la nageoire dorsale en tentacule (celle-ci se comporte en fait comme un organe sensoriel qui repère les siphons des espèces de l’endofaune). Naturellement, ces espèces ont une bouche infère, c’est à dire, dirigée vers le bas.
Aparté :
Les lympes sont des poissons prédateurs que l’on trouve parfois sur fond sableux. Ils mesurent maximum 15cm. Cette espèce fait actuellement l’objet d’une surpêche pour la collecte et la vente de ses œufs. Le problème est que pour récolter les œufs, il est nécessaire de pêcher les femelles avant la reproduction (qui ne sont évidemment pas relâchées par la suite). Il n’y a actuellement pas de gestion des populations et nécessité de collecte d’un nombre important de poissons étant donnée leur petite taille, pour alimenter la demande.
Perche de mer :
Poisson démersal (désigne une espèce aquatique qui vit dans les eaux libres mais au voisinage du fond) : la Morue. Ces stock son devenus très rare en Atlantique Ouest ainsi qu’en mer de Nord et la situation semble se généraliser suite à l’overfishing pratiqué sur cette dernière.
Fonds vaseux :
La granulométrie des particules du substrat y est plus fine, et donc les interstices y sont plus petits. Il y a alors une réduction de la circulation de l’eau dans les sédiments. Très vite le milieu devient anoxique.
Schéma d’un fond vaseux :
Dans la deuxième couche le métabolisme est soit anaérobie, soit l’espèce possède des siphons qui lui permettent un accès à la colonne d’eau. La nature du substrat est ici très différente des fonds sableux.
Voir schéma P11 : modification suivant les couches et inversion : de la teneur en O2
De la teneur en H2S
Du potentiel red/ ox.
La couleur des sédiments varie du brun pour des sédiments bien oxygénés (zone oxydée).
Du gris pour des sédiments peu oxygénés (zone RPD).
Au noir en l’absence totale d’oxygène (zone anoxique).
Au milieu, on a un cycle red/ ox : MO puis décomposition anaérobie.
Le peu d’oxygène engendre une diminution du nombre d’organisme Schéma P16).
L’H2S (hydrogène sulfuré) est utilisé par les procaryotes (utilisation du S).
La zone de discontinuité Red/ox est une zone de basculement du potentiel red/ox.
Il y a production de MO par les autotrophes.
Par les cheromautotrophes
En dessous de la zone oxydée on a accumulation de MO qui est dégradée par voie anaérobie engendrant la production de méthane (NH4), de Fe++, SO4-...
Il existe des milieux réducteurs : à grande profondeur
A faible profondeur.
Dans les fonds meubles on rencontre aussi bien des macrofaunes que des meiofaunes benthique. Par exemple : les spiçules coexiste avec de petits organismes.
La meiofaune est constitué d’organismes dont la taille est < 1mm dans leur axe le plus long.
> 0,5mm dans leur axe le plus court.
La meiofaune est notamment dominé par le groupe des Métazoaires et inclus quelques gros protozoaires.
Caractéristique de l’habitat :
La taille des grains de sédiments est déterminante pour les espèces :
Si la granulométrie est trop gosse : les interstices sont trop grand
Si la granulométrie est trop fine : les interstices seront trop petits.
L’idéal pour celles-ci est en fait compris entre 175 et 200mm. Ainsi, on retrouve la majorité des organismes de la meiofaune en sédiment sableux.
Un autre facteur est déterminant : le type de minéral.
On aura des espèces différentes de meiofaunes suivant que le substrat est siliceux ou calcaire.
L’oxygénation du substrat aussi est déterminante puisque les organismes de la meiofaunes sont aérobies.
En zone infra littorale, les écart de température son peu important.
En revanche, l’action des vagues a ici un rôle encore plus important pour la meiofaune que sur la microfaune. Ils sont exposés à une prédation importante. Par exemple, les grande tempête on des action sur le fond océanique jusqu’à 100m de profondeur.
Parfois, les fonds sont vaseux mais ne sont pas calme pour autant.
La glace peut creuser le sédiment et engendrer une mortalité élevée chez la meiofaune.
- La pénétration de la lumière dans le sédiment est variable. Cependant, une production primaire est nécessaire à l’alimentation énergétique du reste de la chaîne trophique. Les diatomées benthiques ont un rôle important ici puisqu’elles sont capables de descendre et remonter dans les sédiments. En période calme, les diatomées peuvent former des bio films à la surface du sédiment.
Voir polycopier P12 : Protozoaire ciliée Il y a convergence de morphologie qui permet
Nématodes de bouger dans les interstices des sédiments.
Les adaptations des animaux pour se maintenir dans le sédiment et éviter la mise en suspension : Ceux-ci possèdent des soies, des spicules, des protubérances fonctionnant comme des grappins.
Achelminthes et nématodes on une protection mécanique contre le mouvement des grains de sédiments (à leur échelle, ces grains représentent de véritable rochers ! !).
Les Turbellaires sont des vers plats non parasites, allongés. Ils peuvent facilement creuser et possède des spicules dans leur ectoderme servant de protection mécanique.
Voir P14 :
Crustacés : anacostracés
Copépodes : les copépodes vivant dans le substrat on une morphologie différente des espèces trouvées dans le plancton. Ici, ils sont longs, segmentés avec des soies. Ils sont donc bien adaptés.
Voir P15 :
A/ (fig 7.7) Les annélides : tous des polychètes (ils ont beaucoup de soies), ils son tubiformes.
A/ (fig7.9) Les gastéropodes : ils possèdent une coquille longue et tubiforme.
B/ Les nudibranches
C/ Les brachiopodes (les brachiopodes fossiles ou actuels sont tous fixés alors que la motilité est très importante (pour lutter contre la mise en suspension). Ici on a un brachiopode motile différent de touts les autres genres de brachiopodes de la macrofaune. Ces organismes sont de petites tailles.
Les plus grands organismes que l’on peut rencontrer ici ne dépassent guère les 2mm de long. D/ Ce sont des Echinodermes (holothurie et concombre de mer).
E/ Cnidaires scyphozoaire
F/ Psamohydra nana (= cnidaires hydrozoaires).
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