For a better characterization of the fossil pelagic record : molecular, biogeographical and ecological diversity of planctonic foraminifers cryptic species Raphaël Morard To cite this version: Raphaël Morard. For a better characterization of the fossil pelagic record : molecular, biogeographical and ecological diversity of planctonic foraminifers cryptic species. Paleontology. Université Claude Bernard - Lyon I, 2010. English. NNT : 2010LYO10213. tel-00708217 HAL Id: tel-00708217 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00708217 Submitted on 14 Jun 2012 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. N° d’ordre 213 - 2010 Année 2010 THESE DE L‘UNIVERSITE DE LYON Délivrée par L’UNIVERSITE CLAUDE BERNARD LYON 1 ECOLE DOCTORALE DIPLOME DE DOCTORAT (arrêté du 7 août 2006) 9 Novembre 2010 par M Raphaël MORARD Pour une meilleure caractérisation du registre fossile pélagique : Diversité morphologique, biogéographie et écologie des espèces cryptiques de foraminifères planctoniques Directeurs de thèse : Gilles Escarguel & Frédéric Quillévéré JURY : M. J. Pawlowski Pr. Université de Genève Rapporteur M. R. Schiebel Pr. Université d’Angers Rapporteur M. C. J. Douady Pr. Université Claude Bernard Lyon 1 Examinateur M. T. De Garidel-Thoron CR CEREGE, Aix-Marseille Examinateur M. M. Kucera Pr. Université de Tübingen Examinateur M. C. de Vargas CR Station Biologique de Roscoff, Paris VI Examinateur M. G. Escarguel MCF Université Claude Bernard Lyon 1 Directeur M. F. Quillévéré MCF Université Claude Bernard Lyon 1 Directeur Laȱscienceȱneȱsertȱguèreȱquȇàȱnousȱdonnerȱuneȱidéeȱdeȱlȇétendueȱdeȱnotreȱignorance.ȱ ȱ FélicitéȱdeȱLamennaisȱ 2 Remerciements Le travail de thèse exposé dans ce manuscrit ne représente pas pour moi que les trois années qui ont été nécessaire à sa réalisation mais l’aboutissement d’années d’effort. Je voudrais, en quelques lignes, remercier tous ceux qui m’ont permis d’y parvenir. En tout premier lieu je souhaiterai remercier Frédéric Quillévéré et Gilles Escarguel qui ne m’ont pas seulement dirigé lors de ma thèse mais qui m’ont guidé tout au long de mes études supérieures. Grâce à votre enseignement, le temps que vous m’avez consacré, votre soutien et la confiance que vous m’avez accordée vous m’avez donné l’envie de continuer dans cette voie et je souhaiterai vous exprimer toute ma gratitude. Je remercie Colomban de Vargas qui a fourni la quasi-totalité du matériel biologique de cette thèse, pour son enthousiasme débordant, sa spontanéité et l’accueil qu’il m’a réservé à la station biologique de Roscoff. Je voudrai remercier Christophe J. Douady pour de m’avoir formé à tous les aspects de la biologie moléculaire (ceux que je connais aujourd’hui en tout cas), de la paillasse aux reconstructions phylogénétique ainsi que pour le temps qu’il m’a consacré et l’intérêt qu’il a porté à mon travail. Je remercie également Thibault de Garidel-Thoron qui m’a permis de découvrir les campagnes océanographique avec la mission GYRAFOR-A qui restera gravé dans ma mémoire. Je le remercie également pour sa disponibilité à répondre à mes questions diverses (notamment pour la maîtrise d’Ocean Data View), et ses critiques objectives et constructives sur mon travail. Je remercie Michal Kucera de m’avoir accueilli à Tübingen et de m’avoir ouvert la voie à la réalisation du chapitre final de cette thèse Je remercie Christophe Lécuyer et Serge Legendre pour leur accueil au sein du l’UMR 5125 Paléoenvironements et Paléobiosphére. Enfin, je remercie Jan Pawlowski de l’Université de Genève et Ralf Schiebel de l’Université d’Angers d’avoir accepté d’être les rapporteurs de cette thèse. 3 Je voudrai remercier toutes les personnes qui m’ont apporté une aide technique indispensable à la réalisation de mes travaux : Lara Konecny pour qui une manip de biologie moléculaire est forcement une manip qui marche. Arlette Armand pour sa disponibilité et ses conseils pour le MEB. Sabrina Renaud qui m’a permis de d’accéder à la station de Morphométrie de l’UMR 5125. Marie-Rose Viricel et Sarah Romac qui assument la tâche délicate de faire régner l’ordre dans un laboratoire. Dominique Barbe pour sa disponibilité et la qualité de l’impression de cette thése. Morgan Perennou et Gwenn Tanguy pour leur disponibilité et la qualité des séquences qu’elles ont produites. François Martineau et François Fourrel pour les analyses géochimiques qu’ils ont réalisés. Nathalie Pierre et Carole Bonnet qui m’ont protégé de ce monde appelé « administration ». Une dédicace spéciale pour le marin dont j’ai oublié le nom et qui m’a évité un bain de minuit au milieu du Pacifque. Je voudrai également remercier les membres des deux laboratoires de géologie de Lyon pour les nombreuses discussions que j’ai pu avoir avec eux: Phillipe Sorrel, Gildas Merceron, Fabienne Ongaro, Vincent Grossi, Bernard Pittet, Claude Colombié, Nicolas Olivier, Emmanuela Mattioli, Fabrice Cordey, Pierre Moissette, Paula Desvignes, Davide Olivero, Bertrand Lefebvre, Regis Chirat, Alex Lena, Anne-Marie Bodergat, Chloé Marechal, Christian Gaillard, Muriel Andreani et Jean-Michel Mazin Je remercie également les menbres du CEREGE que j’ai côtoyé lors de mes visites: Yves Gally, Noëlle Buchet et Fabienne Rigoli. Je remercie également les membres de la station biologique de Roscoff qui m’ont permis de travailler dans une saine ambiance et avec des horaires souples : Fabrice Not, Ian Probert, Christophe Boutte, Yurika Ujiié, El Mahdi Bendif, Johan Decelle Daniel Vaulot, Nathalie Simon, Laure Guillou, Dominique Marie, Fabienne Jalabert, Priscilla Gourvil, Roseline Edern, Catharina Alvez de Souza. Je remercie 4 égalemnt Hélène Howa et Elisabeth Michel de m’avoir invité à participer à la campagne FORCLIM 7 Je remercie tout mes chers collègues de fortune, les thésards. Ronan Ledevin avec les nombreuses aventures que nous avons eut en commun depuis la L3 du terrain, aux rédactions de rapports qui n’en finissaient pas et bien sûr, la thèse. Toujours décontracté et prompt à plaisanter, cela est un réel plaisir de te côtoyer. Mathieu Dalibard qui ne se prends jamais au sérieux, ni les autres non plus. Damien Carcel pour ses nombreux conseils avisés, notamment sur le patch 2.09 du module de MACOSX. Thomas Rigaudier pour les nombreux Jorkyball que nous avons disputés. Loïc Pillet, mon homologue benthique. Guillaume Suan, Vincent Perrier, Jeremy Martin pour leurs conseils pour la suite. Antoine Rozel qui maitrise les arcanes de la programmation et du billard. Benjamin Gréselle pour ses précieux conseils sur Illustrator. Baptiste Suchéras-Marx qui hante régulièrement les couloirs du R2. Je souhaiterai également saluer la jeune génération, Anne Sabine Grosjean, Julien Plancq et Elsa Cariou. Je voudrais également remércier Aurore André que j’ai pris plaisir à guider lors de son M2. Je voudrai dire également un grand merci à tous mes amis étrangers au milieu scientifique ou tout du moins, celui que je côtoie : Ma grande et meilleure amie de toujours, Cécile Chataux. Nicolas (le Kaiser), Florian et Delphine, Benjamin (dis Padre pour qu’il puisse se reconnaitre) et Cécile, Thomas et Kim, Mitch, Baptiste, Jérôme, Cyril et Delphine, Edouard et Vando, Marion, Alex et amandine, Floriane et Thibault, Manu et Benoit Combier. Merci également à Benoit Darud et à sa collocation de m’avoir fait découvrir la Nouvelle Calédonie. Je remercie Samira pour son soutien, sa compréhension et son affection tout au long de ma thèse et en particulier pendant la rédaction. Enfin je remercie mes parents Qui ont tout fait pour que je réalise mon rêve 5 Résumé L’utilisation des coquilles carbonatées de foraminifères planctoniques comme marqueurs paléocéanographiques repose sur l’hypothèse fondamentale que chaque espèce morphologique correspond à une espèce biologique caractéristique d’un habitat spécifique. Cette relation empirique a été récemment remise en cause par des analyses moléculaires qui ont révélé la présence systématique de plusieurs espèces génétiques (espèces cryptiques) au sein des morpho-espèces actuelles. Il a été suggéré que ces espèces cryptiques ou génotypes, présentaient (1) des préférences biogéographiques et écologiques restreintes par rapport à leur morpho-espèce respective et (2) des différences morphologiques. Dans ce travail, nous avons caractérisé la diversité génétique, morphologique et écologique de 4 morpho-espèces clefs de la paléocéanographie, i.e. Orbulina universa, Truncorotalia truncatulinoides, Globoconella inflata et Globigerina bulloides. Cette étude repose sur le développement d’un protocole d’extraction ADN non destructif pour la coquille calcaire, permettant l’analyse conjointe de la variabilité génétique et morphologique d’un même individu. Les variations de forme ou de porosité de chacun des génotypes des morpho- espèces ont été quantifiées. Il apparaît que le fort degré de plasticité morphologique largement documenté chez les foraminifères planctonique et jusqu’alors interprété comme écophénotypique, est au moins en partie la conséquence du regroupement de plusieurs génotypes présentant des morphologies et préférences