Travelling in Microphis (Teleostei: Syngnathidae) otoliths with 2D XRF maps: twists and turns on the road to strontium incorporation

Lord C., Haÿ V., Medjoubi K., Berland S., Keith P. Travelling in Microphis (Teleostei: Syngnathidae) Otoliths with Two-Dimensional X-ray Fluorescence Maps: Twists and Turns on the Road to Strontium Incorporation. Biology 2024, 13, 446. doi.org/10.3390/biology13060446

Tours et contours de l'incorporation du strontium dans l'otolithe de Syngnathes de l'espèce Microphis (Teleostei : Syngnathidae), visualisée à fine échelle par diffraction en fluorescence X de lumière synchrotron.

Les rivières tropicales de la région Indo-Pacifique abritent des espèces de Syngnathes (Microphis spp.). Le cycle de vie des poissons inféodés à ces milieux présente généralement un rythme diadrome comprenant une phase de transition marine. L'otolithe, reconnu comme registre fiable d'enregistrement biogéochimique et chronologique des traits de vie individuels, a été utilisé chez quatre espèces (dont une endémique à la Nouvelle-Calédonie-NC) pour définir les caractéristiques de leur cycle de vie. Le strontium (Sr) est un substitut naturel du calcium dans le réseau minéral carbonaté. Le taux de substitution est proportionnel aux conditions ioniques de l'environnement, ce qui fait de cet élément chimique un étalon de choix pour l'analyse des transitions de milieux, et en conséquence pour l'étude des migrations diadromes.

La cartographie 2D à haute résolution (0.5 µm2) du strontium dans l'otolithe a été réalisée par imagerie de diffraction en fluorescence X de lumière synchrotron. Nous avons développé des processus analytiques des données d'imagerie er mis en évidence les patrons de distribution du Sr à différents niveaux d'échelle dans l'otolithe. Nous avons ainsi découvert une plasticité de cycle de vie des espèces étudiées. La plupart sont amphidromes, à l'exception de quelques individus résidents, stationnant en eau douce tout au long de leur vie. C'est le cas des individus endémiques de NC.

L'analyse à fine échelle de la carte de distribution du Sr permet d’étudier la dynamique d'incorporation des éléments dans l'otolithe. Nous avons mis en évidence un aspect jusqu'ici non décrit : l’hétérogénéité de la distribution de Sr. Outre l'incorporation de strontium, déterminée par le forçage des conditions ioniques de l'environnement, nous montrons une distribution mosaïque et émettons l'hypothèse que le contrôle biologique, en particulier lors des premiers stades de vie, puisse déstabiliser la stœchiométrie.

La méthode synchrotron repousse les limites d'analyse en otolithométrie. Son application a conduit à mettre en évidence l’expression d'un compromis entre forçage biologique et chimique à l'incorporation élémentaire dans l’otolithe au cours de sa croissance. Nos méthodes et résultats inédits constituent une base solide pour ouvrir des perspectives novatrices dans les domaines liés à l'otolithométrie.

Mots clé : Diadromie, Signature de transition environnementale, Syngnathes d'eau douce, Otolithes, Incorporation du Strontium, Synchrotron, Fluorescence X, Cartographie 2D à haute résolution

Contact BOREA : Clara Lord - clara.lord-daunay@sorbonne-universite.fr

Légendes illustrations :

- Couverture : Sr fine scale distribution in the otolith. Colour scaled Sr:Ca signal ratio raster pictures (left side) and their corresponding 3_3_2_RGB conversion (right side). The RGB images were processed with filter for easier colour blindness reading. The 3-3-2-RGB conversion method allows to enhance offset information of each pixel with its immediate neighbours. © S. Berland

- Galerie d'images (ci-dessous) :

Fig.1 : Workflow stages for analyzing the variation in the distribution of Sr:Ca ratio in 2D. The Strontium zonal pattern, highlighted by the XRF signal in the otolith section allows to define three main zones by thresholding the Sr:Ca values. Phenotypic variations Sr:Ca fine distribution between otolith samples were highlighted using colour gradient Sr:Ca transformation. © S. Berland

Fig. 2 : Fine and global Sr:Ca signal ratio intensity changes highlighted in colour scale on the 2D rasters. The image shows the basic model in three concentric zones, providing signature of back and forth environmental transition through its ionic composition, in support of the indication of migrating species. © S. Berland

Fig. 3 : New Caledonian endemic Microphis cruentus, 'freshwater resident' pipefish species. In M. cruentus specimen, the classic zonation is supported by Sr:Ca low variation range between the different areas in the otolith indicating a lifetime in low salinity water bodies. © S. Berland