Limnologie du Nord de l'Île d'Ellesmere: réponse et sensibilité aux changements de climat dans les environnements extrêmes

Les lacs et les fjords du nord de l’Île d’Ellesmere, au Nunavut, renferment des écosystèmes uniques qui dépendent de la glace pour le maintien de leur structure. Certains de ces « cryo-écosystèmes » sont stratifiés en permanence, formés d’une couche d’eau douce flottant sur une couche d’eau de mer. Ces stratifications sont entre autres dues à la limitation du brassage par le vent en raison de la présence d’un couvert de glace permanent. Les travaux présentés ici ont comme objectif principal d’évaluer la diversité limnologique et biologique des lacs côtiers du nord de l’Île d’Ellesmere afin de mieux comprendre leur réponse aux changements environnementaux et climatiques à deux échelles temporelles : leurs variations à long terme à l’échelle de l’Holocène et leur réponse récente au climat dans le cours des dernières décennies. D’abord, les différents environnements sont présentés comme faisant partie d’une chronoséquence limnologique d’évolution du paysage à l’échelle de l’Holocène, à partir d’un fjord stratifié jusqu’à un lac d’eau douce en passant par un lac méromictique stratifié en permanence. Les facteurs de changements des environnements sont ensuite explorés en observant leur réponse aux changements climatiques récents. Puis, une étude de l’écologie microbienne de ces lacs et de ces fjords est présentée, insistant sur la dominance des picocyanobactéries dans leurs eaux de surface, en contraste avec les eaux de l’Océan Arctique, d’où sont issus ces milieux aquatiques. Une analyse moléculaire de la diversité génétique des cyanobactéries a été également effectuée et celle-ci met en valeur les grandes tolérances des cyanobactéries. Enfin, les communautés de zooplancton présentes dans ces environnements sont étudiées, afin d’élargir le portrait de ces environnements, et d’établir un point de base pour les études futures des transformations causées par les changements climatiques. Cette région du globe est très sensible aux changements climatiques, et les propriétés de ces écosystèmes tels que décrits ici sont un point de départ pour l’évaluation des changements futurs.

The lakes and fjords of northern Ellesmere Island, Nunavut, harbor unique ice-dependant ecosystems. Some of these “cryo-ecosystems” are permanently stratified, with a freshwater layer overlying sea water. This extreme stratification is due in part to the limitation of wind-derived mixing because of the presence of a perennial ice-cover. The main objective of the work presented here was to evaluate the limnological and biological diversity of coastal lakes of northern Ellesmere Island in order to better understand their response to environmental change at two timescales: their long term variations over the Holocene and their recent responses to climate over the last few decades. The environments were shown to form a limnological chronosequence that reflected landscape evolution at the Holocene timescale, from stratified fjords to freshwater lakes, via phases in which the water bodies were stratified, meromictic lakes with different degrees of wind-induced mixing depending on the duration of ice cover, from perennial to seasonally open water conditions under warmer climates. Each of these phases is represented today in northern Nunavut. The sensitivity of these stratified ecosystems to environmental change at shorter timescales was then explored, by observing the limnological impacts of current climate change in the Ellesmere Island region. As a first step towards addressing the question of biodiversity and microbial community structure in these ecosystems, a molecular ecology analysis of the lake and fjord biota was made, and underscored the dominance of picocyanobacteria in their surface waters, in contrast with the low abundance of these microbes in the Arctic Ocean, from which those aquatic environments originate. The DNA analysis of the picocyanobacteria implied broad tolerances among these organisms, with the same genetic groups found in a great variety of environments, both on a local and a planetary scale. Finally, a study was undertaken of the zooplankton communities in a lake and fjord of northern Ellesmere Island to develop a broader portrait of these unique ecosystems, and to establish a baseline for future studies of the ongoing impacts of climate changes. This region of the globe is highly sensitive to climate change, and the properties of these ecosystems as discovered and described here are likely to undergo great transformations in the years to come.