Étude de la sensibilité des juvéniles de moule perlière (Margaritifera margaritifera) à une contamination métallique, aux nutriments et à la température

Study of the sensitivity of pearl mussel juveniles (Margaritifera margaritifera) to metallic contamination, nutrients and temperature

• Auteur / Autrice : Tiaré Belamy
• Direction : Magalie Baudrimont, Alexia Legeay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie et écotoxicologie
• Date : Soutenance le 19/05/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Cachot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Magalie Baudrimont, Alexia Legeay, Farida Akcha, Alain Geffard, Jürgen Geist, Nabila Gaertner-Mazouni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farida Akcha, Alain Geffard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mer -- Pollution par les métaux

Bioaccumulation

Effets de la pollution de l'eau

Margaritiféridés

Mots clés libres

Juvéniles de moule perlière

Éléments traces métalliques

Nutriments

Seuils de toxicité

Comportement

Réponses génétiques

Bioaccumulation

Toxicity thresholds

Behavior

Trace metals

Freshwater pearl mussels juveniles

Nutrients

Genetic responses

Bioaccumulation

Résumé

Margaritifera margaritifera ou la moule perlière est un mollusque bivalve d’eau douce aujourd’hui en danger critique d’extinction en Europe. La pollution environnementale est considérée comme l’un des facteurs majeurs impliqués dans la disparition des populations de M. margaritifera. Cette thèse vise à étudier l’impact d’une contamination métallique (aluminium Al, arsenic As, cadmium Cd, cuivre Cu et nickel Ni) et des nutriments responsables du processus d’eutrophisation (nitrates NO3- et ortho-phosphates PO43-) sur le stade juvénile de M. margaritifera, considéré comme l’un des stades les plus sensibles de l’espèce. Afin d’appréhender les potentiels effets du changement climatique, l’effet de la température a également été étudié. Dans un premier temps, les seuils de toxicité aigüe des différents contaminants et nutriments, ont été déterminés. Les résultats ont montré une grande tolérance des juvéniles à des concentrations en contaminants largement supérieures à celles retrouvées dans l’environnement, et dépendante de l’âge des individus. Les effets des différents facteurs étudiés seuls ou en mélange ont ensuite été évalués lors de tests de toxicité chronique par le biais de plusieurs biomarqueurs : l’expression des gènes, la bioaccumulation des métaux et le comportement des organismes, dont la méthode a été développée dans cette thèse. Au niveau moléculaire, la contamination métallique a révélé un impact sur la modulation des gènes de plusieurs fonctions biologiques comme l’apoptose, la détoxication, la réparation de l’ADN ou encore le métabolisme mitochondrial. De plus, ces travaux ont permis de confirmer la capacité des juvéniles à accumuler ces éléments traces métalliques (ETMs), notamment le Cd, le Cu et l’Al, contrairement à l’As qui s’accumule peu dans les tissus. L’impact des nutriments au niveau moléculaire n’est observé que lorsqu’ils sont étudiés en combinaison et notamment à une température de 22°C, soit 6 degrés de plus que la température moyenne annuelle de la Dronne. L’effet de la température étudiée seule, a montré un impact sur l’expression des gènes en relation avec le stress oxydant et la réparation de l’ADN lorsque les juvéniles sont exposés à une température de 26°C, alors qu’à 21°C, aucune modification n’a pu être observée. L’exposition des organismes à plusieurs contaminants en mélange (As, Cu, Al, NO3- et PO43-) combinée à différentes températures (16, 26 et 30°C) a permis de mettre en évidence l’impact d’une augmentation de la température sur l’expression des gènes du métabolisme mitochondrial, du stress oxydant, de la détoxication et de l’immunité, et sur le comportement des juvéniles, en termes de distance parcourue. Finalement, cette étude a permis d’évaluer la sensibilité des jeunes stades de vie de la moule perlière et d’améliorer nos connaissances sur l’impact de certains ETMs, des nutriments responsables de l’eutrophisation des milieux aquatiques et de la température sur cette espèce, à différentes échelles de l’organisme. Ces travaux suggèrent que l’augmentation de la température causée par le changement climatique, combinée à la présence de contaminants dans les cours d’eau pourrait accentuer le déclin des populations de moule perlière.

Margaritifera margaritifera or the freshwater pearl mussel (FWPM), is a critically endangered freshwater bivalve mollusk in Europe. Environmental pollution has been suggested to be one of the main factors affecting M. margaritifera populations. This work deals with the assessment of the impacts of metallic contamination (aluminum Al, arsenic As, cadmium Cd, copper Cu and nickel Ni) and nutrients responsible for eutrophication process (nitrate NO3- et ortho-phosphates PO43-), on FWPM juveniles which are considered to be one of the most sensitive stage of the species. Moreover, in order to assess the potential effects of climate change, temperature impacts were also studied. Firstly, acute toxicity thresholds for contaminants and nutrients studied in this work, were assessed. Results showed a high tolerance of juveniles to contaminant and nutrient concentrations, largely higher than those found in the natural environment, which was revealed to be age-dependent. The effects of the different factors studied alone or in mixture, were evaluated by chronic toxicity tests using several biomarkers: gene expression, trace metals bioaccumulation and organism’s behavior, for which the experimental protocol was developed in this thesis. At molecular level, metallic contamination revealed an impact on the expression of gene related to various biological functions such as apoptosis, detoxication, DNA repair or mitochondrial metabolism. Moreover, this study allowed to confirm the capacity of juvenile mussels to accumulate trace metals, notably Cd, Cu and Al, whereas low As levels were accumulated in juvenile tissues. The impact of nutrients at molecular level were revealed only when both nutrients were studied in mixture and notably at temperature of 22°C, corresponding to 6 degrees higher than the mean annual temperature of the Dronne river (16°C). The effect of temperature studied alone, showed an impact on gene expression related to oxidative stress and DNA repair when juveniles were exposed at 26°C, whereas at 21°C, no modifications in gene expression were observed. Organisms exposure to different contaminants studied in mixture (As, Cu, Al, NO3- and PO43-) combined to different temperatures (16, 26 and 30°C) allowed to show impacts on the expression of genes related to mitochondrial metabolisms, oxidative stress, detoxication and immunity, and impacts on juvenile behavior, namely on distance travelled. Overall, this work allowed to evaluate the sensitivity of FWPM juveniles and to improve our knowledges on the impacts of trace metals, nutrients responsible of eutrophication process and temperature, at different levels of organization. These findings suggest that increasing temperature caused by climate change, combined to the presence of contaminants in aquatic ecosystems may accentuate the decline of M. margaritifera populations.