Role of the environment in the spatial dynamics of marine fishes at the sea-lagoon interface in the French Mediterranean : spatial ecology and ecophysiology approaches applied to three coastal species

La très grande majorité des organismes vivants se déplacent au cours de leur vie et ce à des échelles spatio-temporelles très contrastées, du butinage des abeilles aux migrations emblématiques des baleines à bosses entre les tropiques et les pôles. L’un des grands défis des écologistes du mouvement reste encore aujourd’hui de mieux comprendre les relations entre physiologie et déplacement, souvent gouvernées par les variations environnementales. Le cœur est un organe vital dont les battements reflètent directement les variations physiologiques imposées par l’environnement.Ce travail de doctorat, par une approche couplée de télémétrie acoustique et d’écophysiologie expérimentale, cherche à mieux comprendre l’impact de l’environnement (1) sur les déplacements de trois espèces de poissons côtiers emblématiques du golfe du Lion, la daurade royale Sparus aurata, le loup Dicentrachus labrax et la saupe Sarpa salpa, au sein de leur site d’alimentation en milieu lagunaire ainsi que (2) sur leurs migrations vers la mer. Les résultats montrent que les trois modèles biologiques sont fortement résidents dans la lagune pendant la période d’alimentation et y sont fidèles inter-annuellement, confirmant ainsi l’importance du milieu lagunaire strict au sein de leur cycle de vie. Le développement d’une technique d’implantation de capteurs mesurant la fréquence cardiaque de daurades d’élevage en nage libre s’est révélé efficace pour déterminer des seuils de tolérance pertinents au réchauffement. Cette technique a été appliquée pour la première fois à des daurades sauvages afin de déterminer des seuils de tolérance à la baisse ou à la hausse de températures et de les relier aux mouvements observés en milieu naturel. Les conclusions sont que (1) la température semble avoir très peu d’influence sur l’utilisation de l’espace lagunaire des daurades en phase d’alimentation, mais (2) qu’elle est le principal déclencheur de migrations de refuge vers la mer durant les épisodes de forte chaleur et vraisemblablement le principal facteur empêchant les daurades d’hiverner au sein de la lagune. Enfin, (3) la photopériode, probablement en lien avec la température, apparait comme le principal déclencheur des départs en migrations de reproduction des daurades, ce que leur synchronisation de ces départs semble confirmer. L’étude des réponses cardiaques au réchauffement a montré que 29°C est un seuil de tolérance pertinent au réchauffement ce qui semble être en accord avec les températures initiant les migrations de refuge. En revanche, aucun seuil n’a pu être clairement identifié à partir de la réponse cardiaque au refroidissement.Plus généralement, cette étude démontre la pertinence d’une approche multidisciplinaire pour l’étude des mouvements.The vast majority of living organisms move during their lives and at very different scales, from the foraging of bees to the emblematic migrations of humpback whales between the poles and the tropics. One of the major challenges for movement ecologists is to better understand the physiology behind these movements, which are often triggered by the environment. The heart is a vital organ whose activity can directly reflect physiological constraints imposed by the environment.This doctoral research, using a coupled approach of acoustic telemetry and experimental ecophysiology, sought to better understand the impact of the environment on the movements of three emblematic species of coastal marine fishes in the Gulf of Lion, the gilthead seabream Sparus aurata, the European seabass Dicentrarchus labrax and the salema Sarpa salpa. I studied theirs movements within their seasonal foraging ground in a coastal lagoon (Étang du Prévost) and their migrations from the lagoon to sea at different time scales. All three species were highly resident in the lagoon during the foraging season and all showed inter-annual fidelity to it, demonstrating the importance of lagoon environments in the life cycle of coastal fishes. Using cultured seabream, I developed a method to instrument them with archival (biologging) tags to measure their heart rate while free-swimming. I then demonstrated that measures of cardiac activity can evaluate impacts of environmental factors (warming, hypoxia) on seabream physiology, including tolerance thresholds. I then used this approach on wild seabream, to evaluate cardiac responses to temperature and determine their tolerance thresholds, as a basis to interpret movements in the wild. Temperature seemed to have little influence on patterns of lagoon space use by the seabream during the foraging season. Dominance analysis revealed, however, that temperature was the main trigger for refuge migrations to the sea during summer heat waves and was also the main factor defining when seabream could first recolonise the lagoon after winter at sea. Photoperiod, probably combined with temperature, appeared to be the main trigger for the departure of seabream from the lagoon in autumn, for their breeding migration, which seemed to be confirmed by their extreme synchronization. In general, temperatures that seabream experienced in the lagoon were well within their range of physiological tolerance. Cardiac responses to warming revealed, however, that 29°C was a relevant threshold of upper tolerance which seemed in close agreement with the summer heatwave temperatures that stimulated refuge migrations out to sea. However, no relevant threshold could be deduced from cardiac responses to cooling. Overall, the research demonstrated that a multidisciplinary approach holds much promise for understanding the drivers of movements of wild marine fishes

Rôle de l'environnement dans la dynamique spatiale des poissons marins à l'interface lagune-mer en Méditerranée française : approches d'écologie spatiale et d'écophysiologie appliquées à trois espèces côtières

The vast majority of living organisms move during their lives and at very different scales, from the foraging of bees to the emblematic migrations of humpback whales between the poles and the tropics. One of the major challenges for movement ecologists is to better understand the physiology behind these movements, which are often triggered by the environment. The heart is a vital organ whose activity can directly reflect physiological constraints imposed by the environment.This doctoral research, using a coupled approach of acoustic telemetry and experimental ecophysiology, sought to better understand the impact of the environment on the movements of three emblematic species of coastal marine fishes in the Gulf of Lion, the gilthead seabream Sparus aurata, the European seabass Dicentrarchus labrax and the salema Sarpa salpa. I studied theirs movements within their seasonal foraging ground in a coastal lagoon (Étang du Prévost) and their migrations from the lagoon to sea at different time scales. All three species were highly resident in the lagoon during the foraging season and all showed inter-annual fidelity to it, demonstrating the importance of lagoon environments in the life cycle of coastal fishes. Using cultured seabream, I developed a method to instrument them with archival (biologging) tags to measure their heart rate while free-swimming. I then demonstrated that measures of cardiac activity can evaluate impacts of environmental factors (warming, hypoxia) on seabream physiology, including tolerance thresholds. I then used this approach on wild seabream, to evaluate cardiac responses to temperature and determine their tolerance thresholds, as a basis to interpret movements in the wild. Temperature seemed to have little influence on patterns of lagoon space use by the seabream during the foraging season. Dominance analysis revealed, however, that temperature was the main trigger for refuge migrations to the sea during summer heat waves and was also the main factor defining when seabream could first recolonise the lagoon after winter at sea. Photoperiod, probably combined with temperature, appeared to be the main trigger for the departure of seabream from the lagoon in autumn, for their breeding migration, which seemed to be confirmed by their extreme synchronization. In general, temperatures that seabream experienced in the lagoon were well within their range of physiological tolerance. Cardiac responses to warming revealed, however, that 29°C was a relevant threshold of upper tolerance which seemed in close agreement with the summer heatwave temperatures that stimulated refuge migrations out to sea. However, no relevant threshold could be deduced from cardiac responses to cooling. Overall, the research demonstrated that a multidisciplinary approach holds much promise for understanding the drivers of movements of wild marine fishes.La très grande majorité des organismes vivants se déplacent au cours de leur vie et ce à des échelles spatio-temporelles très contrastées, du butinage des abeilles aux migrations emblématiques des baleines à bosses entre les tropiques et les pôles. L’un des grands défis des écologistes du mouvement reste encore aujourd’hui de mieux comprendre les relations entre physiologie et déplacement, souvent gouvernées par les variations environnementales. Le cœur est un organe vital dont les battements reflètent directement les variations physiologiques imposées par l’environnement.Ce travail de doctorat, par une approche couplée de télémétrie acoustique et d’écophysiologie expérimentale, cherche à mieux comprendre l’impact de l’environnement (1) sur les déplacements de trois espèces de poissons côtiers emblématiques du golfe du Lion, la daurade royale Sparus aurata, le loup Dicentrachus labrax et la saupe Sarpa salpa, au sein de leur site d’alimentation en milieu lagunaire ainsi que (2) sur leurs migrations vers la mer. Les résultats montrent que les trois modèles biologiques sont fortement résidents dans la lagune pendant la période d’alimentation et y sont fidèles inter-annuellement, confirmant ainsi l’importance du milieu lagunaire strict au sein de leur cycle de vie. Le développement d’une technique d’implantation de capteurs mesurant la fréquence cardiaque de daurades d’élevage en nage libre s’est révélé efficace pour déterminer des seuils de tolérance pertinents au réchauffement. Cette technique a été appliquée pour la première fois à des daurades sauvages afin de déterminer des seuils de tolérance à la baisse ou à la hausse de températures et de les relier aux mouvements observés en milieu naturel. Les conclusions sont que (1) la température semble avoir très peu d’influence sur l’utilisation de l’espace lagunaire des daurades en phase d’alimentation, mais (2) qu’elle est le principal déclencheur de migrations de refuge vers la mer durant les épisodes de forte chaleur et vraisemblablement le principal facteur empêchant les daurades d’hiverner au sein de la lagune. Enfin, (3) la photopériode, probablement en lien avec la température, apparait comme le principal déclencheur des départs en migrations de reproduction des daurades, ce que leur synchronisation de ces départs semble confirmer. L’étude des réponses cardiaques au réchauffement a montré que 29°C est un seuil de tolérance pertinent au réchauffement ce qui semble être en accord avec les températures initiant les migrations de refuge. En revanche, aucun seuil n’a pu être clairement identifié à partir de la réponse cardiaque au refroidissement.Plus généralement, cette étude démontre la pertinence d’une approche multidisciplinaire pour l’étude des mouvements

Rôle de l'environnement dans la dynamique spatiale des poissons marins à l'interface lagune-mer en Méditerranée française : approches d'écologie spatiale et d'écophysiologie appliquées à trois espèces côtières

The vast majority of living organisms move during their lives and at very different scales, from the foraging of bees to the emblematic migrations of humpback whales between the poles and the tropics. One of the major challenges for movement ecologists is to better understand the physiology behind these movements, which are often triggered by the environment. The heart is a vital organ whose activity can directly reflect physiological constraints imposed by the environment.This doctoral research, using a coupled approach of acoustic telemetry and experimental ecophysiology, sought to better understand the impact of the environment on the movements of three emblematic species of coastal marine fishes in the Gulf of Lion, the gilthead seabream Sparus aurata, the European seabass Dicentrarchus labrax and the salema Sarpa salpa. I studied theirs movements within their seasonal foraging ground in a coastal lagoon (Étang du Prévost) and their migrations from the lagoon to sea at different time scales. All three species were highly resident in the lagoon during the foraging season and all showed inter-annual fidelity to it, demonstrating the importance of lagoon environments in the life cycle of coastal fishes. Using cultured seabream, I developed a method to instrument them with archival (biologging) tags to measure their heart rate while free-swimming. I then demonstrated that measures of cardiac activity can evaluate impacts of environmental factors (warming, hypoxia) on seabream physiology, including tolerance thresholds. I then used this approach on wild seabream, to evaluate cardiac responses to temperature and determine their tolerance thresholds, as a basis to interpret movements in the wild. Temperature seemed to have little influence on patterns of lagoon space use by the seabream during the foraging season. Dominance analysis revealed, however, that temperature was the main trigger for refuge migrations to the sea during summer heat waves and was also the main factor defining when seabream could first recolonise the lagoon after winter at sea. Photoperiod, probably combined with temperature, appeared to be the main trigger for the departure of seabream from the lagoon in autumn, for their breeding migration, which seemed to be confirmed by their extreme synchronization. In general, temperatures that seabream experienced in the lagoon were well within their range of physiological tolerance. Cardiac responses to warming revealed, however, that 29°C was a relevant threshold of upper tolerance which seemed in close agreement with the summer heatwave temperatures that stimulated refuge migrations out to sea. However, no relevant threshold could be deduced from cardiac responses to cooling. Overall, the research demonstrated that a multidisciplinary approach holds much promise for understanding the drivers of movements of wild marine fishes.La très grande majorité des organismes vivants se déplacent au cours de leur vie et ce à des échelles spatio-temporelles très contrastées, du butinage des abeilles aux migrations emblématiques des baleines à bosses entre les tropiques et les pôles. L’un des grands défis des écologistes du mouvement reste encore aujourd’hui de mieux comprendre les relations entre physiologie et déplacement, souvent gouvernées par les variations environnementales. Le cœur est un organe vital dont les battements reflètent directement les variations physiologiques imposées par l’environnement.Ce travail de doctorat, par une approche couplée de télémétrie acoustique et d’écophysiologie expérimentale, cherche à mieux comprendre l’impact de l’environnement (1) sur les déplacements de trois espèces de poissons côtiers emblématiques du golfe du Lion, la daurade royale Sparus aurata, le loup Dicentrachus labrax et la saupe Sarpa salpa, au sein de leur site d’alimentation en milieu lagunaire ainsi que (2) sur leurs migrations vers la mer. Les résultats montrent que les trois modèles biologiques sont fortement résidents dans la lagune pendant la période d’alimentation et y sont fidèles inter-annuellement, confirmant ainsi l’importance du milieu lagunaire strict au sein de leur cycle de vie. Le développement d’une technique d’implantation de capteurs mesurant la fréquence cardiaque de daurades d’élevage en nage libre s’est révélé efficace pour déterminer des seuils de tolérance pertinents au réchauffement. Cette technique a été appliquée pour la première fois à des daurades sauvages afin de déterminer des seuils de tolérance à la baisse ou à la hausse de températures et de les relier aux mouvements observés en milieu naturel. Les conclusions sont que (1) la température semble avoir très peu d’influence sur l’utilisation de l’espace lagunaire des daurades en phase d’alimentation, mais (2) qu’elle est le principal déclencheur de migrations de refuge vers la mer durant les épisodes de forte chaleur et vraisemblablement le principal facteur empêchant les daurades d’hiverner au sein de la lagune. Enfin, (3) la photopériode, probablement en lien avec la température, apparait comme le principal déclencheur des départs en migrations de reproduction des daurades, ce que leur synchronisation de ces départs semble confirmer. L’étude des réponses cardiaques au réchauffement a montré que 29°C est un seuil de tolérance pertinent au réchauffement ce qui semble être en accord avec les températures initiant les migrations de refuge. En revanche, aucun seuil n’a pu être clairement identifié à partir de la réponse cardiaque au refroidissement.Plus généralement, cette étude démontre la pertinence d’une approche multidisciplinaire pour l’étude des mouvements

Rôle des lagunes littorales dans le cycle biologique des poissons méditerranéens: comprendre pour mieux préserver

Les lagunes méditerranéennes sont aujourd’hui décrites comme des habitats essentiels au cycle de vie de nombreuses espèces de poissons côtiers qu’elles soient sédentaires ou migratrices. Ces masses d’eau, relativement confinées, présentes en effet des caractéristiques environnementales permettant de maximiser la croissance des juvéniles et d’optimiser la survie des adultes (abondance en nourriture, température plus élevée, prédation limitée…) mais celles-ci varient spatialement et temporellement au sein même d’une lagune sous l’influence de facteurs naturels et anthropiques. Comprendre le lien entre les habitats et les poissons nécessite donc de qualifier et quantifier ces interactions à ces échelles de temps et d’espace afin d’être en mesure d’adapter in fine la gestion de ces milieux pour renforcer leurs rôles dans le cycle de vie des espèces de poissons lagunaires et côtiers. Au stade juvénile, l’attractivité des habitats lagunaires variraient selon l’espèce et le stade de vie, aussi bien pour les juvéniles des espèces migratrices que pour ceux des espèces résidentes. La présence de macrophytes et en particulier de macroalgues sur le fond jouerait un rôle essentiel en structurant d’une part les habitats pour les juvéniles (zone de refuge, abrits de proies) et en contribuant d’autre part au régime trophique de manière directe ou indirecte. Ces résultats permettent de mieux définir la notion de nurserie en considérant une mosaïque d’habitats qui assure des fonctions complémentaires pour les juvéniles de poissons. Au stade adulte, la dynamique spatiale de trois espèces modèle (Dicentrarchus labrax, Salpa salpa et Sparus aurata) en relation avec les habitats que ces lagunes suivie par télémétrie acoustique illustre le rôle clés de ces habitats lagunaire probablement en fournissant un habitat d’alimentation répondant à leurs besoins en termes de croissance. Pour ces trois espèces, un effet saisonnier important dans sa fréquentation, essentiellement durant la phase hivernale en lien avec les basses températures et la phase de reproduction a ainsi pu être démontré avec une forte fidélité d’une année sur l’autre à la lagune. Sur la base de ces nouvelles connaissances, le maintien ou la restauration des fonctions assurées par une mosaïque d’habitats lagunaires semble ainsi être un des futurs enjeux majeurs au vu de la fragilité de ces écosystèmes aux pressions anthropiques an particulier aujourd’hui dans un contexte de changement climatique, de dégradation des habitats et d’absence de mesures de gestions des pêcheries durables

Residency, home range and inter-annual fidelity of three coastal fish species in a Mediterranean coastal lagoon

International audienceIn the Gulf of Lion (NW Mediterranean), fish species such as gilthead sea bream Sparus aurata, European seabass Dicentrarchus labrax, and salema Sarpa salpa show seasonal occupation of coastal lagoons, presumably as feeding grounds during their adult life stage. The role of the lagoons in these species; life cycles remains unknown, particularly with respect to their residency, space-use, and inter-annual fidelity. Using acoustic telemetry, the movements of 72 seabream, 58 seabass, and 81 salema were monitored over four years within Prévost Lagoon (Hérault Department, Occitania Region), to characterise (1) the main seasonal patterns of space use inside the lagoon and (2) their annual migrations between the lagoon and the sea. Overall, all three species were highly resident in the lagoon during the spring/summer foraging season; seabass was the only species that also displayed high residency to the lagoon throughout the winter breeding season. The three species showed differences in their space use, although they all mainly inhabited the deep lagoon centre and adjacent shellfish farms, with very small individual home ranges (mean ± SD, 0.12 ± 0.06 km2 over all species). All species showed some inter-annual fidelity to the lagoon (>43% at minimum for seabream) although these fidelity rates were probably underestimated due to fishing mortality, which is probably high during the winter breeding season. Overall, this study reveals that coastal lagoons are key foraging habitats for these species in the Gulf of Lion. The high residency and inter-annual fidelity suggest that any increase of anthropogenic pressure within the lagoon could negatively impact these fish populations. Therefore, protection of such productive habitats could be beneficial for long-term management of emblematic coastal species and the fisheries that they support

Cardiac and behavioural responses to hypoxia and warming in free-swimming gilthead seabream, Sparus aurata

WOS:000681398200011International audienceGilthead seabream were equipped with intraperitoneal biologging tags to investigate cardiac responses to hypoxia and warming, comparing when fish were either swimming freely in a tank with conspecifics or confined to individual respirometers. After tag implantation under anaesthesia, heart rate (f(H)) required 60 h to recover to a stable value in a holding tank. Subsequently, when undisturbed under control conditions (normoxia, 21 degrees C), mean f(H) was always significantly lower in the tank than in the respirometers. In progressive hypoxia (100% to 15% oxygen saturation), mean f(H) in the tank was significantly lower than in the respirometers at oxygen levels down to 40%, with significant bradycardia in both holding conditions below this level. Simultaneous logging of tri-axial body acceleration revealed that spontaneous activity, inferred as the variance of external acceleration (VAR(m)), was low and invariant in hypoxia. Warming (21 to 31 degrees C) caused progressive tachycardia with no differences in f(H) between holding conditions. Mean VAR(m) was, however, significantly higher in the tank during warming, with a positive relationship between VAR(m) and f(H) across all temperatures. Therefore, spontaneous activity contributed to raising f(H) of fish in the tank during warming. Mean f(H) in respirometers had a highly significant linear relationship with mean rates of oxygen uptake, considering data from hypoxia and warming together. The high f(H) of confined seabream indicates that respirometry techniques may bias estimates of metabolic traits in some fishes, and that biologging on free-swimming fish will provide more reliable insight into cardiac and behavioural responses to environmental stressors by fish in their natural environment

Farmed bivalve loss due to seabream predation in the French Mediterranean Prevost Lagoon

Bivalve predation by seabream has been observed worldwide and is a major concern for bivalve farmers. Farmed bivalve-seabream interactions must be better understood to ensure the sustainability of bivalve aquaculture. The objectives of this study were to characterize gilthead seabream Sparus aurata presence in a bivalve farm in Prevost Lagoon (Mediterranean Sea) using acoustic telemetry and to evaluate monthly losses of mussels Mytilus galloprovincialis and oysters Crassostrea gigas due to seabream predation over an 18 mo period inside the farm and at an unprotected experimental platform. Large (281 to 499 mm TL) seabream were more commonly detected in the bivalve farm than were small (200 to 280 mm TL) seabream. In contrast to small seabream, 90% of large seabream returned to and spent extended periods in the study area the following year, suggesting inter-annual site fidelity for large fish that used the bivalve farm as a feeding site. Signs of predation were observed on mussels and oysters throughout the year at the unprotected experimental platform. Farmers noted losses in the farm from April to September. Maximal losses (90 to 100%) were observed post-oyster ‘sticking’ and mussel socking. Despite the deployment of nets as mechanical protection to reduce predation, oyster losses represented 28% of the annual value of oysters sold while mussel losses were estimated at ca. 1%. These results suggest that bivalves must be protected by nets throughout the year to avoid predation, particularly post-handling. A collaboration between shellfish farmers and fishermen could be a sustainable solution for bivalve farming, by regularly fishing for seabream in farms, between tables and inside protective nets