Le système latéral du bar, Dicentrarchus labrax, et les conséquences d'un dysfonctionnement sur son comportement : action potentielle des ions métalliques

The sea bass Dicentrarchus labrax lateral line system and the consequences of a dysfunction on the fish behavior : potential action of metallic ions

• Auteur / Autrice : Karine Faucher
• Direction : Jean-Paul Lagardère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanologie biologique et environnement marin
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : La Rochelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Poissons -- Effets de la pollution de l'eau

Teneur en métaux

Poissons de mer

Système latéral (zoologie)

Écophysiologie

Bar commun

Résumé

Le système latéral est un organe sensoriel présent chez les amphibiens aquatiques et les poissons. Il est utilisé par les poissons pour l'identification et la localisation d'obstacles, la détection des objets en mouvement (proies, prédateurs), la détection des vibrations générées par les ondes sonores, la communication intraspécifique (nage en banc, parade sexuelle) et la rhéotaxie. L'intégrité morphologique et fonctionnelle de ce système sensoriel apparaît donc comme un élément indispensable à la présence et à la survie d'un poisson dans un écosystème. Or, de part sa localisation à l'interface entre l'animal et le milieu, et le fait qu'il fonctionne via des flux d'ions, cet organe sensoriel exposé directement et en permanence au milieu ambiant pourrait être la cible d'une pollution d'origine naturelle ou anthropique. Le but de cette étude était d'examiner l'impact d'une pollution métallique (et en particulier, de l'ion cadmium) du milieu sur l'état tissulaire et fonctionnel du système latéral du bar, Dicentrarchus labrax (L. ), puis d'observer les conséquences comportementales induites sur des groupes d'individus évoluant dans des conditions contrôlées de laboratoire. Une étude préliminaire des caractéristiques morphologiques et de la distribution spatiale des deux types de neuromastes composant le système latéral du bar a été réalisée à l'aide de la microscopie électronique à balayage. Comme ce qui a été généralement observé chez les téléostéens, le bar possède deux types de neuromastes (superficiels et canaux) répartis sur la tête, le tronc et la queue. Le gradient décroissant de capacité sensorielle, mis en évidence de l'extrémité rostrale à l'extrémité caudale de la ligne latérale troncale du bar, est très original et pourrait jouer un rôle dans le fonctionnement du système latéral. L'axe de sensibilité majeure des deux types de neuromastes du système latéral troncal a été identifié dans l'axe longitudinal du poisson, ce qui lui octroie une sensibilité accrue aux stimuli appliqués le long de son corps. Afin de révéler les conséquences comportementales liées à un dysfonctionnement du système latéral du bar, les deux types de neuromastes ont été endommagés artificiellement. Pour cela, une double technique spécifique, efficace, reproductible et peu invasive pour le poisson a été mise au point afin de dégrader au maximum ce système sensoriel. Cette méthode alliait la section des nerfs innervant le système latéral et un bain antibiotique. Les résultats obtenus indiquent que l'inactivation du système latéral du poisson entraîne une réduction de son comportement d'exploration verticale de l'habitat. Par contre, l'inactivation de ce système sensoriel n'a pas d'effet sur la prise alimentaire nocturne du poisson lorsque cette prise est constituée de proies inertes, un système de compensation sensorielle s'appuyant sur le système olfactif se met en place très rapidement. Les conséquences comportementales d'une exposition aiguë du bar à l'ion métallique cadmium ont ensuite été examinées. Cette étude a montré que le cadmium à forte concentration dans l'eau de mer (5 µg. L-1) a un effet inhibiteur sur la réponse de fuite des poissons face à un danger. Cet effet comportemental s'accompagne de la destruction des deux types de neuromastes composant le système latéral observé en microscopie électronique à balayage. Après 21 jours, on constate une régénération des tissus des neuromastes, ainsi qu'une restauration du comportement de fuite des poissons. Par contre, lors de l'exposition aiguë au cadmium à la concentration rencontrée en milieu naturel contaminé (0,5 µg. L-1), le comportement de fuite du poisson n'est pas modifié et les tissus des neuromastes demeurent intacts. Cependant, les stimuli appliqués lors de cette étude pour simuler un danger au poisson étant relativement forts, on peut donc se demander si après une exposition aiguë au cadmium à 0,5 µg. L-1, le bar serait toujours capable de détecter le mouvement subreptice d'une proie vivante mobile. Ce travail mériterait d'être poursuivi par des études visant à déterminer la concentration seuil de cadmium responsable de dommages tissulaires au niveau des neuromastes et celle causant des désordres comportementaux. Il serait également intéressant d'examiner l'effet synergique des ions métalliques présents dans le milieu naturel (cadmium, cobalt, cuivre, mercure, nickel, plomb, zinc, etc. . . . ) sur le système latéral du bar et le comportement de cette espèce.

The lateral system is a sensory organ found in aquatic amphibians and fish. It is used by fish for obstacle identification and localization obstacles, for moving objects (preys, predators) detection, for the detection of vibrations generated by low-frequency sound waves, for intraspecific communication (shoaling and sexual parade) and rheotaxis. The functional and morphologic integrity of this sensory system appears thus as an indispensable element for the presence and the survey of fish in an ecosystem. By its localization at the interface between the animal and the environment, and the fact that it functions via ion flux, this sensory organ, directly and constantly exposed to ambient medium, could then be the target of a natural or anthropic pollution. The aim of this study was to examine the impact of an environmental metallic pollution (and in particular, the cadmium ion) on tissues and function of the sea bass, Dicentrarchus labrax (L. ) lateral system, then to observe behavioral consequences induced on individual groups evolving in laboratory controlled conditions. A preliminary study concerning morphologic characteristics and spatial distribution of both types of neuromasts composing the sea bass lateral system was realized using scanning electron microscopy. As usually observed in teleosts, the sea bass possesses two types of neuromasts (superficial and canal ones) distributed on the head, trunk and tail. The decreasing gradient of sensory capacity, underlined from the rostral to the caudal ends of the sea bass trunk lateral line system, is really original and could be involved in the lateral system function. The major sensitivity axis of both types of neuromasts from the trunk lateral line system was identified along the fish's long axis, which confers itself a greater sensitivity of stimuli applied along its body. To reveal the behavioral consequences related to a sea bass lateral system dysfunction, both types of neuromasts were artificially damaged. For this, a double specific, efficient, reproducible and few invasive technique for fish was developed in order to alter at most this sensory system. This method combined the lateral system nerves section with an antibiotic bath. The results indicate that the fish lateral system inactivation involves a reduction of its habitat vertical exploration behavior. In contrast, the fish lateral system inactivation has no effect on the fish nocturnal demand feeding when stationary preys constitute food. A sensory compensation system leaning on olfactive system sets very quickly. The behavioral consequences of an acute exposition of sea bass to cadmium ions were then investigated. This study has shown that cadmium at high concentration in seawater (5 µg. L-1) has an inhibitory effect on the fish startle response facing a danger. This behavioral effect goes along with the destruction of both types of lateral system neuromasts observed in scanning electron microscopy. After 21 days, we notice tissue neuromast regeneration as well as fish startle response restoration. In contrast, when exposed to cadmium at the concentration of the contaminated natural environment (0,5 µg. L-1), fish startle response was not modified and neuromast tissues remain intact. However, in this study, the stimuli applied to simulate a danger to fish being of relatively high intensity, we can wonder if after an acute exposition to cadmium at 0,5 µg. L-1, the sea bass will be always able to detect the surreptitious movement of an alive moving prey. This work would earn to be pursued by studies aiming at determining the cadmium threshold concentration responsible to neuromast tissue damages and the one causing behavioral disorders. It would be also interesting to examine the synergetic effect of metallic ions present in natural environment (cadmium, cobalt, copper, lead, mercury, nickel, zinc, etc. . . ) on the sea bass lateral system and on this species behavior.