Impacts of intraguild predation on Arctic copepod communities

Communities of large copepods form an essential hub of matter and energy fluxes in Arctic marine food webs. Intraguild predation on eggs and early larval stages occurs among the different species of those communities and it has been hypothesized to impact its structure and function. In order to better understand the interactions between dominant copepod species in the Arctic, we conducted laboratory experiments that quantified intraguild predation between the conspicuous and omnivorous Metridia longa and the dominant Calanus hyperboreus. We recorded individual egg ingestion rates for several conditions of temperature, egg concentration, and alternative food presence. In each of these experiments, at least some females ingested eggs but individual ingestion rates were highly variable. The global mean ingestion rate of M. longa on C. hyperboreus eggs was 5.8 eggs ind−1 d−1, or an estimated 37% of M. longa daily metabolic need. Among the different factors tested and the various individual traits considered (prosome length, condition index), only the egg concentration had a significant and positive effect on ingestion rates. We further explored the potential ecological impacts of intraguild predation in a simple 1D numerical model of C. hyperboreus eggs vertical distribution in the Amundsen Gulf. Our modeling results showed an asymmetric relationship in that M. longa has little potential impact on the recruitment of C. hyperboreus (<3% egg standing stock removed by IGP at most) whereas the eggs intercepted by the former can account for a significant portion of its metabolic requirement during winter (up to a third)

Timing of Calanus finmarchicus diapause in stochastic environments

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A food web model for the Baffin Bay coastal and shelf ecosystem. Part 1 : Ecopath Technical Report

This work was undertaken as part of a multidisciplinary research project funded by the Marine Observation Prediction and Assessment Network - MEOPAR (at ULaval), Canadian Institute of Health Research – CIHR (at University of Ottawa), and Sentinel North (at ULaval), and hosted at Université Laval, in Canada. The objective of the overall project is to support the food security (i.e., the availability and access to sufficient, safe, nutritious food that meets dietary preference) of Inuit communities of the Eastern Canadian Arctic, as well as to explore ways to adapt to effects of climate change. Inuit fish and hunt local marine species, from invertebrates to fish and marine mammals, which make a large part of their diet and are central to their food security. With temperatures increasing twice as fast as the global average and sea ice becoming thinner and forming later, climate change effects on the distribution and abundance of Arctic marine species are already taking place. To better understand the effects of climate change in important subsistence species, a multi-species model (Ecopath with Ecosim) will be used to inform the development of an integrated ecosystem assessment. The model will be used as a tool to co-create scenarios of ecosystem change with the community of Qikiqtarjuaq, Nunavut, to inform adaptation strategies regarding food security (e.g., potential of new fisheries in the region). This report describes the development of an Ecopath model of the Baffin Bay coastal and shelf ecosystem. The methodology, data used to construct the model, data gaps and limitations are described

Machine learning techniques to characterize functional traits of plankton from image data

Plankton imaging systems supported by automated classification and analysis have improved ecologists' ability to observe aquatic ecosystems. Today, we are on the cusp of reliably tracking plankton populations with a suite of lab-based and in situ tools, collecting imaging data at unprecedentedly fine spatial and temporal scales. But these data have potential well beyond examining the abundances of different taxa; the individual images themselves contain a wealth of information on functional traits. Here, we outline traits that could be measured from image data, suggest machine learning and computer vision approaches to extract functional trait information from the images, and discuss promising avenues for novel studies. The approaches we discuss are data agnostic and are broadly applicable to imagery of other aquatic or terrestrial organisms

Étude de la dynamique des populations de Calanus finmarchicus dans l'estuaire et le golfe du St-Laurent (Canada)

L'espèce de copépode pélagique Calanus finmarchicus est une espèce ubiquiste qui domine les communautés zooplanctoniques de l'Atlantique au nord du Gulf Stream, du Mid-Atlantic Bight à l'océan Arctique et du coeur des basins océaniques aux plateaux continentaux. Au cours de ce travail de doctorat, l'emploi pertinent de la modélisation numérique en complément d'abondantes données d'abondance et de biomasse a permis de mieux comprendre et quantifier le couplage entre la variabilité des processus physiques et certains aspects critiques de la dynamique des populations de ce copépode dans le système de l'estuaire et du golfe du St Laurent (ESL-GSL). Le golfe du Saint-Laurent (GSL) soutient un écosystème pélagique productif dominé par C. finmarchicus. Afin d'étudier la dynamique de populations de C. finmarchicus dans le GSL pour l'année 1999, nous avons dans un premier temps développé un modèle numérique tri-dimensionnel couplé physique-biologique résumant l'état de nos connaissances du système. Le deuxième chapitre de cette thèse présente les résultats d'un modèle de cycle de vie de C. finmarchicus représentant les propriétés moyennes de la population en regard des taux de production d'oeufs, de mortalité, de développement et de comportement de nage couplé à un modèle de circulation régionale, piloté par des forçages atmosphériques, hydrologiques et océaniques réalistes. En raison des fortes cisailles verticales et horizontales de courant, le comportement de migration s'est révélé essentiel pour reproduire les patrons d'abondance et de distribution observés. Cette étude identifie pour la première fois dans le GSL le « circuit Calanus », composé de structures hydrodynamiques distinctes reliées entre elles par la phénologie et le comportement de nage de C. finmarchicus. Aux échelles régionales et saisonnières, il ressort toutefois de cette étude que le processus de diapause mérite une attention particulière. En effet, afin de survivre à long terme dans cet environnement boréal fortement saisonnier, C. finmarchicus dépend d'une phase de diapause pendant laquelle l'espèce échappe aux conditions environnementales hivernales défavorables. Le rôle du métabolisme des lipides semble crucial dans le contrôle de la diapause, et nous présentons donc dans le troisième chapitre de cette thèse un modèle de cycle de vie de C. finmarchicus implémentant une approche mécaniste du contrôle de la diapause basée sur le métabolisme des lipides. Nous avons appliqué le modèle en 1-0 à une colonne d'eau, et nous avons comparé nos résultats à deux années consécutives de données d'abondance des copépodites et de contenu lipidique des CS provenant du nordouest du golfe du Saint-Laurent. Le modèle reproduit une phénologie, des patrons d'abondance et de contenu lipidique de C. finmarchicus réalistes en réponse aux forçages environnementaux. Il génère également des variations inter-annuelles du timing d'entrée en diapause et de la contribution relative des différentes générations au stock en diapause. Nos résultats démontrent ainsi la possibilité d'implémenter au sein d'un modèle de dynamique des populations de C. finmarchicus un mécanisme de contrôle par le métabolisme des lipides de l'entrée et de la sortie de diapause. Au delà de l'efficacité potentielle du processus de diapause au sein de l'environnement du GSL, la variabilité spatio-temporelle à méso-échelle des patrons de recrutement des stades copépodites détermine ultimement la quantité d'individus entrant en diapause, et donc le succès réel de cette stratégie. Or la variabilité spatio-temporelle des patrons de mortalité des premiers stades de développement de C. finmarchicus pourrait influencer fortement le succès de recrutement des stades suivants. Nous présentons donc dans le quatrième chapitre de cette thèse des observations décrivant la climatologie saisonnière et les patrons spatiaux de mortalité et de recrutement des premiers stades de C. finmarchicus dans l'estuaire et le golfe du Saint-Laurent, respectivement. Les patrons de recrutement des stades nauplii N3 ou N6 dictent respectivement les patrons d'abondance de nauplii N4-6 (ESL) ou copépodites Cl-2 (GSL). Or ils sont essentiellement liés aux patrons de survie durant le développement des oeufs à N3 ou N6 qui montrent des variations saisonnières et spatiales importantes, le plus souvent indépendantes des patrons de production d'oeufs. Un modèle de régression multiple démontre les effets opposés de la biomasse phytoplanctonique et de l'abondance des femelles dans le contrôle de la mortalité, illustrant l'impact bénéfique d'une forte biomasse phytoplanctonique sur la survie, que ce soit par une relaxation du cannibalisme ou de la mortalité par inanition. Une analyse de modélisation démontre l'impact des différentes formulations des taux de mortalité sur l'amplitude et le timing du recrutement vers les derniers stades nauplii. Nos simulations suggèrent de plus que la température n'est pas déterminante pour les patrons de survie des stades, en raison de son impact général inverse sur le développement. Notre étude insiste ainsi sur l'importance de représenter de façon mécaniste la mortalité et la survie dans les modèles numériques de dynamique des population de C. finmarch icus. L'ensemble des travaux entrepris au long de ce doctorat visaient à améliorer la description mécaniste des processus fondamentaux du cycle de vie de C. finmarchicus. Or dans le contexte des changements climatiques appréhendés, les résultats présentés dans cette thèse permettront d'identifier les zones optimales, sub-optimales et néfastes de variation des variables environnementales pour C. finmarchicus dont la présence pérenne repose sur des patrons de circulation, de température, de production primaire et de mortalité relativement prévisibles et récurrents

A metabolic approach to dormancy in pelagic copepods helps explaining inter- and intra-specific variability in life-history strategies

Dormancy (diapause) is a key life-history strategy of pelagic copepods that allows them to thrive in highly seasonal environments. Successful dormancy of copepodid stages requires the ability to store energy efficiently (for example as lipids) and to slow down the rate of mobilization of this capital during the dormant period. The physiology of lipids in copepods has been extensively reviewed; however, data about the energetics of dormancy are currently scattered throughout the literature. Thus, we conducted a meta-analysis comparing the metabolism of active and dormant copepods in 15 species that undergo dormancy as copepodids. Linear mixed-effects models showed that the metabolic rate of dormant copepods is about one-fourth of the values for actively growing copepods, a level that remains consistent across a large range of body size or environmental conditions. Based on these metabolic rates, we used a numerical modelling approach to predict dormancy duration as a function of body mass and ambient temperature, and to explain the observed range of body masses at the initiation of dormancy. Our numerical approach also provides explanations for inter- and intra-specific variability in life-history strategies, such as which stages undergo dormancy and the prevalence of lipid-based reproduction in some copepod species

Book of abstracts of the ARTIFACTZ Workshop Artificial intelligence for characterizing plankton traits from images

International audienceHeld the 24th-26th of April 2019, in Villefranche-sur-Mer, France, this workshop gathered researchers interested in applying machine learning to identify and quantify functional traits of aquatic organisms from individual images

Travaux récents sur le zooplancton Arctique

International audienc

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