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Projet Seine-Aval 6 PHARESEE « Productivité microphytobenthique des HAbitats intertidaux en lien avec la dynamique sédimentaire, biogéochimique et les ingénieurs d'écosystème de la faune benthique : implication pour des enjeux de modélisation et de REhabilitation des vasières de la SEine Estuarienne »
L'estuaire de la Seine est soumis Ă divers stress anthropiques et hydro-climatiques.
Cet écosystème côtier perd son caractère estuarien à cause d'aménagements qui ont eu
comme conséquence de voir disparaître de vastes surfaces de vasières intertidales. Ces
habitats fonctionnels jouent un rĂ´le majeur dans le fonctionnement Ă©cologique des estuaires,
car ils abritent des communautés méio- et macro-benthiques très diversifiées et représentent
la principale zone d’alimentation de nombreux vertébrés dont certains d’intérêt écologique ou
commercial majeur (e.g. poissons, oiseaux). La dynamique des vasières intertidales est
fortement influencée par les processus hydro-sédimentaires estuariens, étant tantôt source,
tantôt puits de sédiment. Elles constituent ainsi un élément essentiel des cycles
biogéochimiques se déroulant au sein des estuaires. Les caractéristiques morphologiques et
biogéochimiques de ces zones vont directement influencer les échanges de matière et
d’énergie qui s’y déroulent. Il est donc impératif d'avoir une approche pluridisciplinaire pour
comprendre leur fonctionnement.
Le projet PHARE-SEE avait pour objectif (i) de mieux comprendre le rĂ´le des
bioturbateurs et leur effet sur le microphytobenthos, les paramètres hydrosédimentaires et
biogéochimiques dans les vasières de l’estuaire de Seine et (ii) de développer un modèle de
production primaire microphytobenthique couplant l’ensemble des paramètres
susmentionnés.
Le premier objectif du projet a été réalisé en couplant expériences sur le terrain et en
laboratoire. Ainsi, des expériences d’exclusion/ensemencement de faune ont été menées sur
la vasière Nord, à l’aval de l’estuaire de Seine, et sur 2 faciès sédimentaires contrastés, avec
un suivi de la dynamique saisonnière du microphytobenthos et de l’ensemble des paramètres
biogéochimiques et hydrosédimentaires. De plus, des expériences en laboratoire ont été
réalisées, avec une évaluation des flux diffusifs de nutriments à 2 saisons contrastées
(hiver/été) en fonction du mélange sablo-vaseux et de l’intensité de la bioturbation par la
macrofaune benthique dominante de la vasière (le ver Hediste diversicolor et le bivalve
Scrobicularia plana).
Les expériences de terrain ont montré que l’effet saisonnier était plus prononcé que
celui des bioturbateurs sur l’ensemble des paramètres biogéochimiques dans le sédiment
(matière organique sédimentaire, processus et biomasse microbiens). Contrairement à la
matière organique sédimentaire, principalement d’origine terrigène, la matière organique
dissoute présente dans les eaux interstitielles, majoritairement d’origine autochtone, est
réactive et influencée par l’activité des bioturbateurs. Ces derniers ont une influence
prononcée sur l’érodabilité, avec un rôle biostabilisateur efficace pour Hediste diversicolor en
été comme en hiver et un rôle déstabilisateur pour Scrobicularia plana exclusivement en été.
Malgré des processus de consommations primaires très élevés et des pertes par érosion, le
niveau de production primaire microphytobenthique reste par ailleurs très important sur la
vasière. Les analyses réalisées ont également révélé le rôle majeur du microphytobenthos
dans le réseau trophique pour H. diversicolor, S. plana et la méiofaune (analyses isotopes
stables, collaboration projet SA6 SENTINELLES).
Les expériences en mésocosme, complémentaires de celles réalisées sur le terrain,
ont montré que l’activité de bioturbation des deux ingénieurs d’écosystème diffère quelle que
soit la saison. Ainsi, le processus de transport d’eau et des composés dissous (bioirrigation)
domine chez H. diversicolor, alors que l’activité de S. plana est dominée par le remaniement sédimentaire. Les flux biogéochimiques à l’interface eau-sédiment sont principalement
influencés par la bioirrigation. Enfin, il a été observé que S. plana consomme très activement
les biofilms microphytobenthiques et limite fortement leur capacité de développement, alors
que la biomasse microphytobenthique n’est pas affectée par les activités de Hediste. Cela
démontre que la consommation herbivore est totalement compensée par des effets positifs
liés probablement à la bioirrigation, activée de manière générale plus de 40 fois par Hediste.
Dans un second temps, ce projet proposait de modéliser la production primaire
microphytobenthique en relation avec la dynamique sédimentaire et les processus
biogéochimiques. Les données acquises via expériences en laboratoire et sur le terrain ont
servi à développer ce modèle. Ainsi, le modèle MARS3D en version Cross-shore 2DV a été
implémenté sur la vasière intertidale étudiée avec une très bonne qualité des simulations des
processus hydrosédimentaires et des variations altimétriques. L’intégration de l’effet de la
bioturbation et de la régulation de l’érodabilité des sédiments a permis d’améliorer encore la
qualité des simulations. Un modèle de diffusion thermique a été intégré, testé et amélioré en
termes d’interaction avec la composition sédimentaire. Le modèle biogéochimique BLOOM a
été intégré également dans le modèle MARS3D avec une dynamique biogéochimique
saisonnière bien représentée. Le modèle prend en compte le rôle des bioturbateurs sur les
flux diffusifs, mais une perspective d’amélioration doit être envisagée pour mieux reproduire
les flux à l’interface eau-sédiment et l’assimilation du NH4
+ par le microphytobenthos en
surface. Enfin, le modèle de la production primaire microphytobenthique a été implémenté
dans le code MARS3D et fournit des simulations de la dynamique spatio-temporelle des
biomasses microphytobenthiques intéressantes, même si les flux sont encore sous-estimés
dans le modèle et les interactions avec la faune doivent encore être améliorées.
Au final, les très nombreuses données issues du projet PHARESEE et le modèle
associé serviront à comprendre et relier les nombreux facteurs influençant le fonctionnement
des vasières et leurs rôles écosystémiques essentiels – rôle physique, de régulation sur les
cycles biogéochimiques et rôle de productivité biologique et soutien au réseau trophique. Des
travaux de synthèse ont été engagés en particulier pour tenter d’expliquer le haut niveau de
productivité actuel du système en lien avec la bonne santé des espèces sentinelles (ingénieurs
d’écosystèmes) de la macrofaune benthique
Métabolisme cérébral et olfaction : Étude des réponses olfactives et leur consommation d'énergie dans le bulbe olfactif du rat anesthésié
The relationship between metabolism of neuronal activity, microvascular organization and blood flow dynamics is critical for interpreting functional brain imaging. Here we used the rat dorsal olfactory bulb as a model to determine in vivo the correlation between action potential propagation, synaptic transmission, oxygen consumption and capillary density during odor stimulation. We find that capillaries are extremely dense in layers of intense synaptic interactions like the glomerular layer while it is very low in the overlying nerve layer, devoid of capillaries. In glomeruli, odor triggers a local early decrease in tissue oxygen partial pressure that results principally from dendritic activation rather than from firing of axon terminals, transmitter release or astrocyte activation. In the nerve layer, action potential propagation does not generate local changes in tissue oxygen partial pressure. We also show that under strong peripheral stimulation, i.e. high odor concentration, glomerular neuronal and metabolic responses are shaped by peripheral adaptation of olfactory sensory neurons. Eventually, we show the importance of oxygen diffusion processes from brain capillaries to neuronal tissue. We characterize how transient changes in blood flow are precisely influencing the oxygen tissue level.Les techniques modernes d'imagerie fonctionnelle du cerveau utilisent le métabolisme cérébral comme marqueur d'activité neuronale. En effet le cerveau dépend intimement des apports sanguins en métabolites pour son fonctionnement. Cependant les mécanismes de régulation du métabolisme sont encore mal connus. Dans cette étude nous avons utilisé le modèle du bulbe olfactif chez le rat anesthésié pour caractériser la consommation d'oxygène en réponse à une stimulation physiologique. La quantification précise de la vascularisation du bulbe olfactif a pu mettre en évidence que la couche glomérulaire, très dense en synapses, est l'une des zones les plus vascularisées du cerveau. Cette couche est aussi le lieu d'une intense consommation d'oxygène lors du traitement de l'information olfactive. Par contraste, la couche du nerf, complètement dénuée d'interactions synaptiques et très peu vascularisée, consomme peu d'oxygène. L'étude pharmacologique de ces réponses métaboliques nous a permis de montrer que le compartiment post-synaptique du glomérule est le siège de cette intense activité métabolique. Cette dernière est aussi dépendante du traitement de l'information olfactive qui est effectué à la fois dans le bulbe olfactif et à la périphérie, dans la cavité nasale. Ceci nous a permis de caractériser l'effet de l'adaptation périphérique sur la consommation d'oxygène et le traitement local de l'information olfactive. Enfin, nous avons décrit en détail l'importance des phénomènes de diffusion au niveau du réseau microvasculaire dans le rééquilibrage transitoire du taux d'oxygène local
Wide. Fast. Deep: Recent Advances in Multiphoton Microscopy of In Vivo Neuronal Activity
Multiphoton microscopy (MPM) has emerged as one of the most powerful and widespread technologies to monitor the activity of neuronal networks in awake, behaving animals over long periods of time. MPM development spanned across decades and crucially depended on the concurrent improvement of calcium indicators that report neuronal activity as well as surgical protocols, head fixation approaches, and innovations in optics and microscopy technology. Here we review the last decade of MPM development and highlight how in vivo imaging has matured and diversified, making it now possible to concurrently monitor thousands of neurons across connected brain areas or, alternatively, small local networks with sampling rates in the kilohertz range. This review includes different laser scanning approaches, such as multibeam technologies as well as recent developments to image deeper into neuronal tissues using new, long-wavelength laser sources. As future development will critically depend on our ability to resolve and discriminate individual neuronal spikes, we will also describe a simple framework that allows performing quantitative comparisons between the reviewed MPM instruments. Finally, we provide our own opinion on how the most recent MPM developments can be leveraged at scale to enable the next generation of discoveries in brain function
Deep brain imaging on the move
ISSN:1548-7105ISSN:1548-709
AI to the rescue of voltage imaging
In a recent issue of Nature Methods, Platisa et al. present an approach for long-term, in vivo population voltage imaging with single spike resolution across a local population of 100 neurons.(1) Key to this step for-ward was the combination of a customized high-speed two-photon microscope with an optimized, positive -going, genetically encoded voltage indicator and a tailored machine learning denoising algorithm.ISSN:2667-237
Possibilités de coopération sur les problèmes acridiens entre le CIRAD-PRIFAS et le NRI : compte-rendu d'une mission en Grande-Bretagne (4-8 mars 1992)
La mission a permis d'étudier des possibilités de coopération du CIRAD-PRIFAS avec les équipes du NRI travaillant sur les acridiens et celle de l'Université d'Edimbourg travaillant sur les systèmes d'information géographique. Elle débouche sur la possibilité, dans le cadre de l'ECART (Européen Consortium for Agricultural Research in the Tropics) d'un protocole d'accord sur la recherche acridienne entre équipes du NRI et le CIRAD-PRIFAS. Des possibilités réalistes de monter des projets en commun susceptibles de recevoir le soutien financier de certains organismes représentatifs de la communauté internationale ont été dégagée
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