Étude des effets de la radiocontamination de l'environnement sur l'écophysiologie d'un amphibien, la rainette arboricole

Study of the effects of radiocontamination of the environment on the ecophysiology of an amphibian, the tree frog

• Auteur / Autrice : Léa Dasque
• Direction : Nathalie Mondy, Sandrine Frelon, Jean-Marc Bonzom
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 17/12/2025
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Écologie, des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Yann Voituron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Mondy, Aurélie Goutte, Marilyne Stuart, Stéphane Reynaud, Marie-Agnès Coutellec, Claude Miaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélie Goutte, Marilyne Stuart, Stéphane Reynaud
• DOI : 10.70675/15839caaz17ebz43b7z848dzf0d492b4c074

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioénergétique

Effets des rayonnements

Reproduction (biologie)

Rainette verte

Contamination radioactive

Mots clés libres

Radioactivité

Ecophysiologie

Rainette

Radioactivity

Ecophysiology

Tree frog

Résumé

L’accident nucléaire de Fukushima Daiichi (2011) a entraîné des rejets massifs de radionucléides dont la radioactivité persistante dans les écosystèmes expose chroniquement la faune sauvage. Alors que les niveaux de référence en radioprotection sont établis à partir d’expérimentation en condition contrôlée de laboratoire (mono-stresseur, espèce modèle), les effets à faible dose sur plusieurs générations montrent qu’il est nécessaire d’apporter plus de réalisme (terrain, espèces sauvages) dans la détermination des références. Les rayonnements ionisants sont connus pour induire des dommages à différents niveaux d’organisation biologique, incluant l’ADN, les mitochondries, la balance redox cellulaire, le métabolisme énergétique et la reproduction. Les amphibiens, et en particulier la rainette japonaise Dryophytes leopardus, constituent des organismes sentinelles de choix en écotoxicologie, du fait de leur peau perméable, de leur cycle de vie aquatique et terrestre, et de leur faible dispersion spatiale qui permet une reconstruction précise de l’exposition. L’objectif de cette thèse était d’évaluer les effets de la radiocontamination persistante dans la préfecture de Fukushima sur la bioénergétique et la reproduction des mâles D. leopardus, paramètres radiosensibles influents sur la dynamique de population. Les résultats mettent en évidence plusieurs perturbations. L’estimation intégrée de l’exposition, fondée sur des mesures de terrain et des modèles adaptés à l’écologie de l’espèce, a permis de caractériser les débits de dose externes et internes. Nous nous sommes d’abord intéressés aux caractères sexuels primaires. Une étude avec une approche transcriptomique des gonades a révélé une modulation de processus biologiques liés à la motilité et à la structure flagellaire des spermatozoïdes. Les analyses morphométriques et fonctionnelles ont mis en évidence une augmentation de l’indice gonado-somatique et une diminution de la concentration spermatique, tandis que la motilité n’était pas significativement altérée. Le chant, caractère sexuel secondaire influençant le succès reproducteur, a également été affecté : en 2013, les mâles les plus exposés présentaient des altérations de paramètres acoustiques clés malgré une meilleure condition corporelle, tandis qu’en 2024 aucune modification nette n’a été observée. Comme il s’agit d’un trait particulièrement coûteux sur le plan énergétique, ces résultats sont en lien avec les ajustements métaboliques observés. En effet, l’examen du métabolisme a révélé des différences selon les tissus, notamment une réduction du métabolisme aérobie dans les muscles thoraciques impliqués dans la production du chant, traduisant une allocation contrainte entre reproduction et maintien physiologique. Dans leur ensemble, ces résultats révèlent des altérations à différentes échelles (moléculaires, physiologiques et comportementales) chez des individus exposés à des débits de dose actuellement inférieurs aux seuils de référence actuels en radioprotection. Ils posent la question de l’origine des effets observés, qu’il s’agisse de l’exposition cumulative aux doses historiques, de processus d’adaptation, d’effets multigénérationnels, ou d’une combinaison de ces facteurs.

The Fukushima Daiichi nuclear accident (2011) released massive amounts of radionuclides whose persistent radioactivity in ecosystems continues to chronically expose wildlife. While current radioprotection reference levels are derived from experiments conducted under controlled laboratory conditions (single stressor, model species), evidence of low-dose effects across multiple generations highlights the need to incorporate more realism (field studies, wild species) in defining these benchmarks. Ionizing radiation is known to induce damage at different levels of biological organization, including DNA, mitochondria, cellular redox balance, energy metabolism, and reproduction. Amphibians, and in particular the Japanese tree frog Dryophytes leopardus, represent sentinel organisms of choice in ecotoxicology owing to their permeable skin, dual aquatic-terrestrial life cycle, and limited dispersal range, which allows precise reconstruction of exposure. The objective of this thesis was to evaluate the effects of persistent radiocontamination in Fukushima Prefecture on the bioenergetics and reproduction of male D. leopardus, radiosensitive traits influencing population dynamics. The results revealed multiple perturbations. Integrated exposure assessment, based on field measurements and ecological models tailored to the species, enabled the characterization of both external and internal dose rates. We first focused on primary sexual traits. A transcriptomic analysis of the gonads revealed modulation of biological processes related to sperm motility and flagellar structure. Morphometric and functional analyses showed an increase in the gonado-somatic index and a decrease in sperm concentration, while motility itself was not significantly altered. Calling, a secondary sexual trait influencing reproductive success, was also affected: in 2013, the most exposed males exhibited alterations in key acoustic parameters despite better body condition, whereas in 2024 no clear changes in calls quality were observed. Since calling is a particularly energy-demanding trait, these findings are consistent with the metabolic adjustments observed. Indeed, examination of metabolism revealed tissue-specific differences, notably a reduction in aerobic metabolism in the thoracic muscles involved in calling production, reflecting a constrained allocation between reproduction and physiological maintenance. Taken together, these results reveal alterations across multiple levels (molecular, physiological, and behavioral) in individuals exposed to dose rates currently below existing radioprotection reference thresholds. They raise questions about the origin of the observed effects, whether they stem from cumulative exposure to historical doses, adaptive processes, multigenerational effects, or a combination of these factors.