Un coffre à outilsl’écologie

ABQ 2018 Victoriaville

Gilbert Cabana, Centre RIVE

Université du Québec à

isotopiques pour l’écologie

ABQ 2018 Victoriaville

Gilbert Cabana, Centre RIVE, Dept Sc. Env.

Université du Québec à Trois-Rivières

Isotopes stables

Hydrogène

Isotope radioactif

Isotopes StablesIsotopes Stables

15N/14N, 13C/12C; heavy isotopes < 0.1 %

δ15N (0/00)

Référence : air

Usual values: -5 à +25Usual values: -5 à +25

Assimilation (plant): 0 (-5 à 5)

Assimilation (animals): +3.5 (3 à 5)

Transformations microbial

(precision: 0.1-0.3 0/00)

C; heavy isotopes < 0.1 %

δ13C (0/00)

fossil carbonate

-5 à -40-5 à -40

-10 à -25

0

photosynthesis

δ13

C

Vous êtes ce que vous mangez

Plant

Herbivore

Carnivore

-20

-19

-18

-30

-29

-28

Habitats 1 2

δ15

Nδ N

0

3,5

7

10

13,5

17

1 2

0

5

-10 -5 0

δ34

5

0-10 0

δ18

0

5

-150 -140 -130 -120 -110

δD

5 10 15 20

34S

10 20 30

18O

-110 -100 -90 -80 -70 -60

D

5

0

5

0 1 2 3 4

δ15

1:1

2:1

00 1 2 3 4

δ15

0

5

0 1 2 3 4

δ15

5 6 7 8 9 10

15N

1:1

5 6 7 8 9 10

15N

5 6 7 8 9 10

15N

1:4

Bender (1968)

Exemple d’effet physiologique: Plantes CExemple d’effet physiologique: Plantes C3 et C4

Carbone: vous êtes ce que vousvous mangez

1. Utilisation (ou non) d’une source de nourriture: le maïs1. Utilisation (ou non) d’une source de nourriture: le maïs

ArthropodesArthropodes

Latendresse

Présentation bivariée

(PIMI = pic mineur (Picoides pubescens); PIES = = mésange à tête noire (Parus atricapillus); MEAM = merle d’Amérique (Turdus migratorius); GRSO = grive solitaire (Catharusfuscescens); VIYR = viréo aux yeux rouges (noire (Dendroica virens); PABL = parulineparuline à flancs marron (Dendroica pensylvanica(Geothlypis trichas); PACO = paruline couronnée (chanteur (Melospiza melodia)).

bivariée

); PIES = pioui de l’Est (Contopus virens); METN ); MEAM = merle d’Amérique (Turdus

Catharus guttatus); GRFA = grive fauve (Catharusaux yeux rouges (Vireo olivaceus); PAGN = paruline à gorge

bleue (Dendroica caerulescens); PAFM = pensylvanica); PAMA = paruline masquée couronnée (Seirus aurocapillus); BRCH = bruant

oiseaux

Ratios isotopiques moyens (± écart type) du carbone versus ceux de l’azote d’insectes herbivores (cercles), d’arthropodes prédateurs (carrés), d’oiseaux (triangles droits), de petits mammifères rongeurs (triangles inversés) et de petits mammifères insectivores (losanges) de maïs (blanc) et de la bordure entre ces habitats (gris)

écart type) du carbone versus ceux de l’azote d’insectes herbivores (cercles), d’arthropodes prédateurs (carrés), d’oiseaux (triangles droits), de petits mammifères rongeurs (triangles inversés) et de petits mammifères insectivores (losanges) originant de forêts (noir), de champs de maïs (blanc) et de la bordure entre ces habitats (gris)

2. Influence du bassin versant sur les ratios isotopiques

des organismes aquatiquesdes organismes aquatiques

2. Influence du bassin versant sur les ratios isotopiques

des organismes aquatiquesdes organismes aquatiques

Sources Sources d’Azoted’Azoted’Azoted’Azote

From Kendall and McDonnell (1998)

Robinson (2001). TREE 16:153

Fig. 1.7 (Fry, “The 1.7 (Fry, “The Isopope”)

Anderson et Cabana 2006

d15N

Nicolet

4

6

8

10

12

406080100120140160180

Yamaska

Invertébrés

Amont

Distance

4

6

8

10

12

020406080100120

4

6

8

10

12

020406080100

Etchemin

Bécancour

40

Aval

Distance

4

6

8

10

12

0204060801001200

Pri

mar

y c

on

sum

er

δ1

5N

(‰)

Pre

dat

ory

in

ver

teb

rate

δ1

5N

(‰)

0

5

10

15

20

0 10 20 30 40 50 60 70

a

C

A

B

r²=0.69, p<0.0001

Non

Invert

5

10

15

20

0 10 20 30 40 50 60 70

cC

AD B

r²=0.52, p<0.0001

Fis

h δ

15N

(‰)

% Agriculture sur le bassin versant

Invert10

15

20

bC

r²=0.65, p<0.001

Non-pred.

Invert

70

0

5

0 10 20 30 40 50 60 70

A

% Agriculture sur le bassin versant

Invert

10

15

20

Means +- 1 SE

δ15N

0

5

10

0.001 0.01 0.1

Animal Units (km

δ N

1 SE

Fish

Pred. Inverts

1 UA= 1 cow

1 10 100 1000

Animal Units (km-2)

Non-Pred.

Inverts

10

12

14

Chaudiere riverFish (Dace)

Predatory insects

Herbivoresd

15

N

Rivière dominée par l’Agriculture

4

6

8

150200

d1

5N

Chaudiere riverRivière dominée par l’Agriculture

050100Distance

3. Lien trophique à un apport ponctuel: l’effluent de Montréal

DeBruyn & Rasmussen 2002

3. Lien trophique à un apport ponctuel: l’effluent de Montréal

DeBruyn & Rasmussen 2002

Jahren & Kraft PNAS (2008)

Sampling 2009 (UQTR, MRNF)Lampsilis

GammarusGammarus/ Mussels

10

12

14

15N of bivalve vs distance from

2

4

6

8

-100

N15 bivalveN15 in plume

South shore (out of plume)

from effluent (0 km = effluent)

-50 0 50 100

Distance de l'Effluent

in plume?

12

14

16

18

4

6

8

10

-100 -50

DISTANCE FROM MONTREAL EFFLUENT (KM)

0 50 100

DISTANCE FROM MONTREAL EFFLUENT (KM)

14

15

16

17

n15

Mean δ15Ν

Muscle

10

11

12

13

-150 -100 -50

Distance from MTL effluent (km)

Mean δ Ν

doré

0 50 100

MTL effluent (km)

Effluent

16

18

Close up of the 100 km

δ15Ν by station

8

10

12

14

-20 0 20

Distance from MTL effluent(station 17 in km)

Station 17

LSP

Close up of the 100 km downstream effluent

40 60 80 100

MTL effluent(station 17 in km)

10

12

14

N15 muscle

Approche multi-tissus afin de determiner le temps de

N m

uscle

slo

we

rtissu

e)

4

6

8

2 4 6 8

N15 blood MOAN (TCM)

15N

mu

scle

(slo

we

r

15N blood

tissue)

resident

de determiner le temps de résidence

Passer-by

10 12 14

N15 blood MOAN (TCM)blood (fast

Recent

arrivalSilver redhorse

30

40

50

60

70

pm

olr

eso

rufi

ne/

min

./m

g p

roté

ine

ERO

D

0

10

20

8 9 10 11 12 13

δ15N (‰) foie

Foie

ERO

D

y = -5,1013x + 87,626R² = 0,56

SACAsauger

13 14 15 16 17 18

N (‰) foie

Foie δ15Ν Villemure et al. In prep.

δ13CC

Source: Schindler et Scheurrell, 2002

-80‰ à -60‰

5. Isotopes stable d’un élément

sources à distinguer?

Φlittoral = (δ13Cpoisson- δ13Cpélagique

)

élément, mais trois

Images :Stephen Zinder; Gandouin, 2012

pélagique) / (δ13Clittoral - δ13Cpelagique)

-38(‰): MeunierMeunier pélagique?

δ34S

Organismes indicateurs

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

• δ13C p<0.001)δ34S p<0.001)

• No sig. Difference δ34S L vs P

-8.00

-6.00

-4.00

-2.00

-47.00 -42.00 -37.00 -32.00

Organismes indicateurs

δ13C

-32.00 -27.00 -22.00 -17.00

d13C

Littoral

Pelagic

Detrital (deep sed.)

δ34S

Distribution bivariées

δ

δ13C

PélagiqueLittoralBenthique profond

des invertébrés

C

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0C

ON

TRIB

UTI

ON

PÉL

AG

IQU

E ( δ

13C

; δ3

4S

+3 s

ou

rce

s)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4

CACOAMNE

PEFL

CONTRIBUTION PÉLAGIQUE (

CO

NTR

IBU

TIO

N P

ÉLA

GIQ

UE

(1:1

AMNE

n=56

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

CACO CACO

PEFL

PEFL

AMNE

CONTRIBUTION PÉLAGIQUE (δ13C+2 sources)

Adeline Gilbert Cabana

Marco A.

CCFFR4 january

Adeline HéraultGilbert Cabana

Marco A. Rodríguez

CCFFRjanuary 2014

What is the differencebetween natural lakes

Brook charr

Natural lakes(Canadian

Shield)

Aquaculture

δ13C (‰) -29.81 (±1.4) -19.21 (±0.2)

δ15N(‰) 6.01 (±0.6) 10.11 (0.1)

δ34S(‰) 3.04 8.04 (0.16)

1 Caron, 2003; 2 Kullman et al., 2009; 3 Barnes et al., 2007, 4

of isotopic signature lakes and aquaculture?

Fish Meal Sea bass

Aquaculture Aquaculture Marineenvironment

0.2) -20.22 -15.753(±2.12)

(0.1) 10.22

(0.16) 7.24

Cabana pers. Obs.

Muscle

Isotopic turnover rate of muscle and from brook char stocked

turnover rate of muscle and liver tissue stocked in six lakes

Liver

δ∞

7. Approche-multi-tissus: Détection de la saisonnalité d’un subside écologiquetissus: Détection de la saisonnalité d’un subside écologique

Farly et al (2018)

Taille nécessaireÀ la survie hivernale

Carte Eau8. Un « isoscape » pour

Gertrude (la carpe à

roseaux)

» pour

MacrophyteLac Saint-Pierre

d13C

Lac Saint-Pierreet Lac Saint-Louis

d13C DIC

Potamot et Vallisnerie

Baillargeon

Anderson (2001)Lampsilis (2009)

Poissons

N=67 stations

Tributaries

N=175 stationsSaint-Lawrence

Poissons

Tributaires

Conclusion: La carpe ne s’est jamais nourri dans un tributaire, et ce, ni à court ni et à long terme.

Approche multi-tissus

Conclusion: La carpe ne s’est jamais nourri dans un tributaire, et ce, ni à court ni et à long terme.

Dans le coffre d’outil….

1-Identification d’une source de nourriture

2-Influence du bassin versant

3-Lien trophique à un apport ponctuel

4-Approche multi-tissus dans l’étude des migrations4-Approche multi-tissus dans l’étude des migrations

5-Trop de sources? Plus d’isotopes!

6-Dynamique isotopique et bioénergétique

7-Approche multi-tissus et saisonnalité d’un subside écologique

8-Isoscape et mouvement

Dans le coffre d’outil….

Identification d’une source de nourriture

Lien trophique à un apport ponctuel

tissus dans l’étude des migrationstissus dans l’étude des migrations

Trop de sources? Plus d’isotopes!

Dynamique isotopique et bioénergétique

tissus et saisonnalité d’un subside écologique