Altération de la physiologie des poissons exposés à des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) : comportement et reproduction

Long term physiological disruptions in fish after exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) : behavior and reproduction

• Auteur / Autrice : Caroline Vignet
• Direction : Xavier Cousin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, Biologie des organismes, Populations, Interactions
• Date : Soutenance le 11/02/2014
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'environnement Gay Lussac (La Rochelle ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ressources Halieutiques (La Rochelle, Charente-Maritime)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Cachot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hélène Thomas-Guyon, François Brion
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Kah, Ludovic Dickel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écotoxicologie

Danio rerio

Composés aromatiques polycycliques

Mots clés libres

Danio rerio

Cycle de vie

Hydrocarbures aromatiques polycycliques

Fuel lourd

Pétrole brut

HAP alkylés

Effets tardifs

Anxiété

Descendance

Réponse photomotrice

Labyrinthe

Nouvel environnement

Danio rerio

Lifecycle

Polycyclic aromatic hydrocarbon

Heavy oil

Light crude oil

Alkylated PAH

Delayed effect

Anxiety-like behavior

Offspring

Photomotor responses

Maze

Novel tank

Résumé

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants qui sont présents en mélange complexe dans l’environnement et notamment dans les milieux aquatiques. Ils s’adsorbent sur les particules en suspension, s’accumulent dans les sédiments et dans les premiers maillons de la chaîne trophique. L’objectif de cette étude était de mesurer les effets à long terme d’une contamination par des HAP chez un modèle de vertébrés : le poisson zèbre. Dans un premier temps, des embryons ont été exposés pendant les 4 premiers jours de leur développement sur du sédiment naturel enrobé de 3 HAP individuel (phénanthrène, pyrène et benzo[a]pyrène) puis transférés et élevés en eau propre. Dans un deuxième temps, des poissons ont été exposés par voie alimentaire tout au long du cycle de vie et dès le premier repas à 3 fractions de HAP à doses environnementales enrobées sur les aliments : une fraction pyrolytique (PY) extraite d’un sédiment échantillonné dans la Seine et deux fractions pétrogéniques (un fuel lourd (HO) provenant de l’Erika et un pétrole brut type Arabian light (LO)). Les effets à long terme sur la croissance, la survie, la reproduction et le comportement ont été évalués à différents âges. Ces effets ont pu être observés à plusieurs échelles, i.e. de la molécule, aux tissus et organes puis à l’échelle de l’individu. Globalement, chez les poissons contaminés, la croissance est ralentie, la survie larvaire diminuée chez les HO, la fonction reproduction est altérée fortement à la fois au niveau hormonal, tissulaire et phénotypique ainsi que les réponses comportementales léthargiques ou hyper-réactives selon les cas. L’exposition par voie sédimentaire a révélé des effets visibles lorsque les individus atteignaient 6 mois soulignant l’existence d’effets tardifs, notamment sur les réponses comportementales, d’une exposition très précoce y compris chez la descendance. Quant à l’exposition par voie alimentaire, elle a montré une gradation des effets. Toutes fonctions confondues, les résultats obtenus permettent d'établir une hiérarchie dans la toxicité des fractions étudiées : PY < LO ≈ HO. L'approche multi-échelle utilisée dans ce travail a permis, en partant d'informations acquises au niveau moléculaire, tissulaire et individuel, d'aboutir à une compréhension intégrée des conséquences qu'une exposition à des HAP peut avoir sur l'aptitude à la survie des poissons dans leur milieu naturel ainsi qu'à leur capacité à participer au renouvellement des générations futures.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent organic pollutants (POPs) which are found in complex mixtures in the environment including aquatic ecosystems. They adsorb on particles, accumulate in sediment and in the first link of the food web. The aim of this study was to measure long term effects of PAHs contamination on a vertebrate model : the zebrafish. In a first study, embryos were exposed on natural sediment spiked with 3 individual PAH (phenanthrene, pyrene and benzo[a]pyrene) during the first four days of their development. In a second study, to evaluate the consequences of long-term chronic exposure to PAHs, zebrafish were exposed, from their first meal (5 days post fertilisation) until they became reproducing adults, to diets spiked with three PAHs fractions at environmentally relevant concentrations (0.3X, 1X and 3X; with the 1X concentration being in the range of 4.6-6.7 μg.g-1 for total quantified PAHs). The fractions used were representative of PAHs of pyrolytic (PY) origin or of two different oils of differing compositions (a heavy fuel (HO) and a light crude oil (LO)). Long term effects on growth, survival, reproduction and behavior were evaluated at different ages. Effects were observed at molecule, tissue, organ and individual scales. In general, for contaminated fish, growth was reduced, larval survival decreased in HO, and reproduction was strongly impaired at hormonal, tissue and phenotypic levels, and behavioral responses were lethargic or hyperactive depending on fractions and stages. Sediment exposure still revealed visible effects when fish were 6 month old. These results hereby showed significant late effects, especially in behavioral responses after an early exposure, including in larvae issued from contaminated fish. In spiked diets contaminated fish, we observed a gradation of effects. Combining all functions, we established of hierarchy in toxicity in the studied fractions: PY < LO ≈ HO. Finally, our results gathered at a multiscale from molecule, to tissue and individuals, indicate that PAH mixtures of different compositions, representative of situations encountered in the wild, can promote lethal and sublethal effects which are likely to be detrimental for fish survival and recruitment into future generations.