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Toxicologie de l’environnement TXL 6014 Notions de bioindicateurs et biomarqueurs en écotoxicologie. Bernadette Pinel-Alloul 19 décembre 2005. Suivi des effets des contaminants sur l’environnement. Expériences: 1950-1980 exposition à des [...] élevées court terme (24-92h) - PowerPoint PPT Presentation
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Toxicologie de l’environnementTXL 6014
Notions de bioindicateurs et biomarqueurs en écotoxicologie
Bernadette Pinel-Alloul19 décembre 2005
Suivi des effets des contaminants sur l’environnement
Expériences: 1950-1980•exposition à des [...] élevées•court terme (24-92h)•état d’équilibre non-atteint
Observations: 1980-2000•exposition chronique in situ•long terme (400 j – 10 ans)•état d’équilibre atteint
Tests de toxicité en laboratoire
Expériences in situ
Suivi sur le terrain
Réalisme environnemental
Contrôle expérimental
Conditions contrôlées
Manque de réalismePas de facteurs confondants
Conditions peu contrôlées
Meilleur réalismePlus de facteurs confondants
Bioindicateurs-biomoniteurs
ÉCOLOGIE: Organismes caractéristiques d’un type d’habitat ou de conditions environnementales (bioindicateurs: présence-absence). Conditions: acidification, eutrophisation, eaux courantes, lacs. Très utiles en reconstruction paléolimnologique de l’évolution
des lacs et pour la surveillance écologique de l’état des lacs.
ÉCOTOXICOLOGIE: Organismes sentinelles reflétant les niveaux de pollution ambiants (biomoniteurs) et permettant de surveiller et mesurer la bioaccumulation des polluants dans les communautés vivantes. Très utiles pour le biomonitoring de la contamination et des
effets des polluants dans les milieux récepteurs.
Exposition
Dose interne
Dosebiologiquement active
Structure/fonction altérées
Effet biologique précoce
État de santé
Bio
mo
nit
eur
Bio
ma
rqu
eur
d’e
xp
osi
tio
n
Bio
ma
rqu
eur
d’e
ffe
t
Signal recherchéP
ertinen
ce écoto
xicolo
giq
ue
Bioindicateurs et biomarqueurs
Algues Diatomées,
Chrysophycées
Moules, Insectes Moules d’eau douce:
Pyganodon, Elliptio, Larves d’insectes :
Hexagenia, Chaoborus
Crustacés, Vers Amphipodes: Hyalella azteca
Oligochètes: Limnodrilus sp.
Poissons Perchaude, Brochet
Biomarqueurs biochimiques charge énergétique: ATP, ADP, AMP Enzymes (glutation, malondialdehyde) Métallothionéine
Biomarqueurs physiologiques Taux de respiration Facteur de condition Hepatosomatic index
Difformités morphologiques Diptères Chironomides
Tumeurs labiales Poissons benthiques
Critères d’un bioindicateur
Espèce tolérante à la pollution qui peut bioaccumuler les contaminants indicateur d’exposition et d’effet sous-létal (mollusques > crustacés > poissons)
Espèce très sensible à la pollution indicateur précoce d’alarme (insectes aquatiques, truites)
Espèce cosmopolite et commune Espèce abondante et facile à récolter et reconnaître Espèce sessile, de grande taille, à biologie connue Espèce facile à transplanter et à utiliser en laboratoire Espèce clé au sein des réseaux trophiques Population représentative Grande longévité
Critères d’un bioindicateur
Les relations entre la concentration de contaminant bioaccumulé et la concentration de contaminant dans le milieu (ou nourriture) doivent être identiques pour tous les individus de même taille ou de même âge de l’espèce bioindicatrice.
Source: Rask et al. (1994)
Critères d’un bioindicateur
Source: Hare, 1992, Crit. Rev. Toxicol. 22: 327-369.
Variabilité saisonnière bien établie : choix des périodes stables
Mollusque pélécypodesUnionidés
Elliptio complanataSaint Laurent: métaux
Pyganodon grandis grandisLacs miniers: métaux Lampsilis radiata
Types de bioindicateurs
Espècesmonitrices
Mesurent l’impact des polluants par altération de leurfonctions/ performances
Espècesindicatrices
Indiquent l’intensité de la pollution par leur présence/absence
Espècessentinelles
Servent à cartographier la fraction biodisponible dans unécosystème en retenant les contaminants dans leurs tissus
Sentinellesefficaces
Résistants aux polluants, au moins pour les concentrationsambiantes de contaminants
Intègrent le signal de pollution dans le temps et dansl’espace
Corrélation entre les concentrations tissulaires et ambiantes
Utilisationdessentinelles
Comme accumulateurs (accroissent la sensibilité analytique;résument un signal de pollution complexe)
Comme intégrateurs (dans le temps et l’espace) Comme mesure d’exposition (servent à quantifier la fraction
biodisponible du contaminant)
Source: Beeby. 2000. Environ. Pollut. 112: 285-298
Organismes sentinelles
Lichens (smog réducteur: SO2)
Moules et bivalves Mytilus edulis (métaux) Unionidés (métaux)
Vers marins Capitella (métaux, organiques)
Ratio Nématodes/Copépodes
Poissons coralliens
Algues Invertébrés benthiques Gastéropodes Bivalves Crustacés Vers Oligochètes
Tubificidés
Insectes aquatiques Diptères Chironomides Trichoptères, Plécoptères
Emploi relatif des bioindicateurs
Fréquence (%)
0 5 10 15 20 25 30
Ta
xo
n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
macro-invertébrés
poissons
protozoaires
macrophytes
algues
levures
champignons
bactéries
virus
Pollution par les métaux
Pollution organique
Pollution acide
Bactéries coliformes:eaux usées
Système des SaprobiesPollution organique - Europe
Classe Système dessaprobies-classification
Organismesindicateurs
I Oligosaprobe Organismescaractéristiques deseaux propres:Trichoptères,Plécoptères
II Beta-mésosaprobe Organismes tolérantsà la pollution; pas dedominance parChironomus et Tubifex
III Alpha-mésosaprobe Espèces tolérantes:Chironomus, Tubifex;Asellus; Erpobdella
IV Polysaprobe ExclusivementEristalis; Tubifex;Chironomus
*Très bonne connaissance taxonomique
Peu pollué
Très pollué
Milieux polysaprobes
Protozoaires
Amibe nue
Nématodes
Vers
Ciliés
Vorticella
Oligochètes
Diptères ChironomidesCyanobactéries toxiques
Milieux mesosaprobes
Ciliés
Paramécies
Protozoaires
GastéropodesPlanaires
Isopodes
Sangsues
DiptèresSimulidés
Megaloptères
PisidiumAlguesvertes
Milieux mesosaprobes
Protozoaires
CarchesiumGastéropodes
AmphipodesEphémères
TrichoptèresAlgues diatomées
Milieux oligosaprobes
Plécoptères
Odonates
Trichoptères
Ephémères
Indices et métriques
Mesures de la diversité biologique
Indices de diversité spécifique: Indice de Shannon-Weaver
S
H’ = - (ni/N )•log2(ni/N) i=1
Indices d’intégrité biotique basés sur l’abondance relative d’espèces tolérantes et intolérantes
Distributions rang-fréquenceStructure trophique
Source: Ramade, 1992.
Études de cas
Pollution par le mercure et les BPCs dans le lac Saint-François (Saint-Laurent)
Pollution par le cadmium (Cd) et le mercure (Hg) dans le fleuve Saint-Laurent
Pollution par le cadmium dans la région minière de l ’Abitibi
Lac Saint-François -Hg
Lac Saint-François -BPC
Invertebrate Community Index (ICI)
Métrique ICI
Hg
BPC
BPC
Substrat
ICI- Pollution
Facteurs écologiquesGranulométrie
ContaminationHg, BPC
Effets confondants des facteurs écologiques
HerbiersSédiments
M.O.
Bioaccumulation du cadmium et du mercure dans les invertébrés benthiques du fleuve Saint- Laurent: Utilisation des espèces sentinelles:les gastéropodes Bithynia tentaculata et Physa gyrina
J. Désy1, C. Flessas1, J-F. Archambault1
B. Pinel-Alloul1, J. Hubert1 et P.G.C. Campbell2
1Université de Montréal2INRS-ETE1990-1992
Objectifs
Déterminer les relations entre les concentrations de Cd et de Hg dans les organismes sentinelles avec les concentrations de Cd et Hg dans les sédiments ou les concentrations de l ’ion libre Cd2+ dans l ’eau interstitielle.
(2)Déterminer si les espèces sentinelles sont de bons biomoniteurs des niveaux de contamination du fleuve en Cd et en Hg.
Sites d ’étude: Fleuve Saint-Laurent
20 stations : - LSF: Lac St.François - LSL: Lac St.Louis - BLP: Bassin Laprairie - CTC: Région de Contrecoeur - LSP: Lac Saint-Pierre
Stations:• profondeurs: 0.5 à 3.5 m• zones de sédimentation• zone littorale• plantes submergées
Cadmium - gastéropodes
Bithynia tentaculata
Physa gyrina
Algues
Espèces bioindicatrices
Milieu
Milieu
Métal non-essentiel
Zn - gastéropodes
Bithynia t.
Physa g.
Plantes
Métal essentiel
Milieu
Méthyl-mercure - Gastéropodes
Fleuve Saint-Laurent
Lac Saint Louis
Bithyniatentaculata
Définition des biomarqueurs
Toute réaction biochimique, physiologique, histologique et morphologique en réponse à un contaminant, mesurée à l ’intérieur d ’un organisme, et qui indique une déviation de son état normal(van Gestel et van Brummelen, 1996, Ecotoxicology 5: 217:225)
Approche hiérarchique d’évaluation de la toxicité du niveau cellulaire à l’individu, à la population et à la communauté Hypothèse du débordement cellulaire
Niveau cellulaire/sub-
cellulaire
Niveau physiologique
Perturbations des Perturbations des voies voies biochimiquesbiochimiques
Individus ne pouvant Individus ne pouvant survivre ou se survivre ou se reproduirereproduire
Espèce absenteEspèce absente
Organisme
Population
Communauté
DétoxicationDétoxication•granules•métallothionéines
CompensationCompensation•changements comportementaux•adaptations physiologiques
CompensationCompensation•survie individuelle•changements dans l’allocation d’énergie
CompensationCompensation•immigration•tolérance génétiquement acquise
Interaction initiale Interaction initiale du métal à ce du métal à ce niveauniveau
Débordement
Débordement
Débordement
Débordement
Stress physiologiqueStress physiologique•individus faibles•reproduction inhibée•vulnérabilité au stress
Propriétés des biomarqueurs
Indicateurs précoces: doivent prédire des effets toxiques à des niveaux élevés de l ’organisation biologique.
Spécifiques d’un contaminant ou d’une classe de contaminants. Réponses concentration-dépendante. Les facteurs endogènes (sexe, taille, état reproducteur) et exogènes
(Ca++, H+, COD) pouvant affecter la réponse du biomarqueur doivent être connus.
Le biomarqueur doit être relié à l ’état de santé ou au « fitness » de l’organisme.
Les études expérimentales doivent passer par une validation sur le terrain.
Types de biomarqueurs
Enzymes: ALAD (Acide AminoLévulinique Déhydratase): inductible par le plomb. Cytochromes P450: classes d’hémato-protéines inductibles par les
contaminants organiques. Cholinestérases: activité inhibée par les carbamates et les pesticides
organophosphorés. Enzymes de conjugaison: accroissement causé par les HAP, ou les
métaux traces. Ex: gluthathion-S-transférase. Enzymes de stress oxydatif. Ex: glutathion reductase, malondialdehyde
Métallothionéines (MTs): augmentation causée par les métaux traces.
Protéines de stress (glucose-regulated proteins, heat stress proteins): spécificité relativement faible.
ADN: modifications de la structure d ’ADN (formation d ’adduits). Sources multiples.
Évaluation de la métallothionéine (MT) comme biomarqueur d’exposition métallique
et d’effets toxiques en milieu naturel
B. Pinel-Alloul1, O. Perceval1, Y. Couillard2, A. Giguère3, P.G.C. Campbell3 et L. Hare3
1Université de Montréal2Environnement Canada3INRS-ETE
1989- 2005
Évaluation des effets de l ’exploitation minière sur le milieu aquatique au Canada
S’acquitter de l’engagement pris par Environnement Canada de mettre à jour et renforcer le Règlement sur les effluents liquides des mines de métaux (RELMN)
Conception, pour les mines de métaux, d’un programme de suivi des effets sur l ’environnement développement d ’outils efficaces pour la réalisation
d’un tel suivi.
Les métallothionéines (MTs)
Domaine
Domaine
Métal
Soufre
Rôle de la métallothionéine
Régulation des concentrations intracellulaires des métaux essentiels (Zn, Cu) chez les animaux (Kelly et al., 1996).
Protection contre la toxicité des métaux non-essentiels (Cd) (Roesijadi, 1992).
Protection contre le stress oxydatif à la fois à l’échelle de la cellule et de l’organisme (Viarengo et al., 1999).
Objectifs de l ’étude
MT = biomarqueur d’exposition au CdMT = biomarqueur d’effets toxiques: Corréler
l’augmentation du Cd lié à des ligands cytosoliques autres que la MT à des effets biologiques délétèresau niveau de la celluleau niveau des populations
Modèle de cytotoxicité
Cd-MTCd-MT1
Cd-FPMCd-FPM
2
noyau
cytosol
A.
Cd-HPMCd-HPM
Cd2+
B.
Cd-MTCd-MT
Cd-FPMCd-FPM
2noyau
cytosol
Cd2+
Cd-HPMCd-HPM
Modèle du débordement cellulaire des ligands
Faible contamination Forte contamination
Organisme sentinelle : bivalves
Sédentaire Vit jusqu’à 15 ans Tolérant aux métaux Capacité à
accumuler les métaux Capacité à synthétiser
la MT Suivi à long termePyganodon grandis grandis
Réponses concentration dépendantes
[Cd2+] (nmol.L-1)
0 1 2 3
[Cd(
orga
nism
e)] (
µg
. g-1
)
0
20
40
60
80
100
120
[Cd2+] (nmol.L-1)
0 1 2 3[M
T(o
rgan
ism
e)] (
nmol
site
s.g-1
p. s
ec)
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Tessier et al., 1993, L&O 38: 1-17 Couillard et al., 1993, L&O 38: 299-313
Aire d ’étude
Destor
Dasserat
Ollier
Waza
D ’Alembert
Beauchastel
Adéline
Évain
Hélène
Renaud
Bouzan Héva
Caron
Cléricy
OpasaticaVaudray
Petit Dufresnoy
Dufay
Bousquet
Joannès
ROUYN-NORANDA
R. Kinojévis
Approche écotoxicologique intégrée
Variables physico-chimiques et Variables physico-chimiques et écologiques confondantesécologiques confondantes
[Chl a], [C(seston)], [N(seston)], pH, [Ca]d, conductivité, [COD], [AH+AF], chaleur accumulée en degré-jours Abondance des poissons hôte
Variables physico-chimiques et Variables physico-chimiques et écologiques confondantesécologiques confondantes
[Chl a], [C(seston)], [N(seston)], pH, [Ca]d, conductivité, [COD], [AH+AF], chaleur accumulée en degré-jours Abondance des poissons hôte
Réponses des populationsRéponses des populations
Abondance (densité littorale) Biomasse et structure en taille Production annuelle Rapports P/B Fécondité (individuelle et cumulée)
Réponses des populationsRéponses des populations Abondance (densité littorale) Biomasse et structure en taille Production annuelle Rapports P/B Fécondité (individuelle et cumulée)
Contamination des moulesContamination des moulesRéponses intracellulairesRéponses intracellulaires
[Cd] dans le cytosol [MT] dans les branchies Répartition intracellulaire du Cd: Cd-MT/ Cd-FPM/ Cd-HPM
Indicateurs enzymatiques de stress toxique: MDA/ Glutathion
Contamination des moulesContamination des moulesRéponses intracellulairesRéponses intracellulaires
[Cd] dans le cytosol [MT] dans les branchies Répartition intracellulaire du Cd: Cd-MT/ Cd-FPM/ Cd-HPM
Indicateurs enzymatiques de stress toxique: MDA/ Glutathion
Contamination des lacsContamination des lacsNiveau d’expositionNiveau d’exposition
Sédiments superficiels - eau surnageante [Cd2+]
Contamination des lacsContamination des lacsNiveau d’expositionNiveau d’exposition
Sédiments superficiels - eau surnageante [Cd2+]
Caractéristiques des lacs sélectionnés: gradient de contamination en Cd
RE OP OL ÉV JO DU CA BO VA HÉ
[Cd
2+]
esti
mée
(n
M)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0Rapport Max/Min = 270
contrôle contaminationniveau moyen
contaminationniveau élevé
Métallothionéine dans les branchies
[Cd2+] (nM)
0.0 0.3 0.6 0.9 1.2
[MT
] (n
mo
l si
tes
de
liai
son
d
u H
g.g
-1 p
oid
s se
c)
0
60
120
180
240
300
[Cd] cytosol branchies (nmol.g-1 poids sec)
0 50 100 150 2000
60
120
180
240
300A B
r2= 0,78; P < 0,001r2= 0,50; P < 0,001
Dans des conditions d’exposition Dans des conditions d’exposition chronique:chronique:MT = biomarqueur d’exposition au CdMT = biomarqueur d’exposition au Cd
Modèle de cytotoxicitéB.
Cd-MTCd-MT
Cd-FPMCd-FPM
2noyau
cytosol
Cd2+
Cd-HPMCd-HPMModèle du
ligand biotique
Saturation de la MTIncorporation dans HPMIncorporation dans FPM
Répartition intracellulaire du Cd
[Cd] cytosol branchies(nmol.g-1 poids sec)
0 40 80 120 160
[Cd
] fr
acti
on
(n
mo
l.g
-1 p
oid
s se
c)
0
40
80
120
160[Cd-MT][Cd-HPM][Cd-FPM]
r2= 0,95P < 0,001
r2= 0,37P < 0,001
r2= 0,68 P < 0,001
Dans des conditions d’exposition chronique: Liaison progressive du Cd à des ligands autres que la MT Cytotoxicité observée suite à cette exposition
Superoxide theory on oxygen toxicitySuperoxide theory on oxygen toxicitySuperoxide theory on oxygen toxicitySuperoxide theory on oxygen toxicity
Reactive oxygen speciesO2
-, ·OH & H2O2
Oxygen
Endogenous reaction
Cellular lipid membrane
Degradation
Increase inMalondialdehyde
(MDA)
Antioxidants(GSH; GSH-peroxidase; GSH-reductase)
Organic contaminantsCu2+, Fe2+ (Cd2+?)
(Fridovich, 1975)
Évidence de stress oxydant au niveau cellulaire
Source: Giguère et al., 2003, Aquat. Toxicol., 64:185-200.
contaminationniveau très élevé
Effets au niveau des populations: densité littorale
Log10([Cd2+] estimée (nM))-1.5 -1.0 -0.5 0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
(a)r = -0,79
Log10([Cd] cytosol (nmol.g-1
p. sec))
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2
0.0
0.5
1.0
1.5
(b)r = -0,37
Log10([MT] (nmol sites de liaison
du Hg.g-1 p. sec))
1.50 1.75 2.00 2.25 2.50
(De
nsi
té (
nb
. in
div
idu
s.m
-2))
0,5
0.0
0.5
1.0
1.5
(c)r = -0.38
Log10([Cd-HPM] (nmol.g-1
p. sec))
0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
0.0
0.5
1.0
1.5
(d)r = -0,81
Log10([Cd-MT] (nmol.g-1
p. sec))
1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25
0.0
0.5
1.0
1.5
(e)r = -0,29
Log10([Cd-FPM] (nmol.g-1
p. sec))
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
0.0
0.5
1.0
1.5
(f)r = -0,19
Effets au niveau des populations: biomasse et production
Biomasse (g/m2)
Production (g/m2/an)
[Cd2+] estimée -0,70* -0,78**
[Cd] cytosol -0,27 -0,38
[MT] -0,24 -0,36
[Cd-HPM] -0,69* -0,79**
[Cd-MT] -0,19 -0,28
[Cd-FPM] -0,15 0,48
* * PPunilat.unilat. < 0,05; ** < 0,05; ** PPunilat.unilat. < 0,0083 < 0,0083
Effets au niveau des populations: taux de renouvellement : ratio P/B
Log10([Cd2+] estimée (nM))-1.5 -1.0 -0.5 0.0
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
(a)r = -0,52
Log10([Cd] cytosol (nmol.g-1
p. sec))
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
(b)r = -0,57
Log10([MT] (nmol sites de liaison
du Hg.g-1 p. sec))
1.50 1.75 2.00 2.25 2.50
Lo
g1
0(P
/B (
an-1
))
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
(c)r = -0,59
Log10([Cd-HPM] (nmol.g-1
p. sec))
0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
(d)r = -0,58
Log10([Cd-MT] (nmol.g-1
p. sec))
1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
Log10([Cd-FPM] (nmol.g-1
p. sec))
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
(e)r = -0,53
(f)r = -0,40
JO
HÉ
Structures d’âge
L. Joannèsn = 424
Fré
qu
ence
(%
du
to
tal)
0
5
10
15
20
25
L. Bousquetn = 123
Âge estimé (ans)
0+ 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+ 9+ 10+
>10
+
0
5
10
15
20
25
0
5
10
15
20
25
L. Dufayn = 307
0
5
10
15
20
25
L. Évainn = 675
0
5
10
15
20
25
L. Vaudrayn = 102
0+ 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+ 9+ 10+
>10
+
0
5
10
15
20
25
30
0
5
10
15
20
25
L. Hévan = 115
0+ 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+ 9+ 10+
>10
+
0
10
20
30
L. Caronn = 17
0
5
10
15
20
25
L. Opasatican = 414
L. Olliern = 274 P/B=0,27P/B=0,27
P/B=0,28P/B=0,28
P/B=0,33P/B=0,33P/B=0,31P/B=0,31
P/B=0,21P/B=0,21P/B=0,23P/B=0,23
P/B=0,14P/B=0,14
P/B=P/B=0,220,22 P/B=P/B=
0,200,20
Effets au niveau des populations: fécondité cumulée
Log10([Cd2+] estimée (nM))-1.5 -1.0 -0.5 0.0
2.8
3.2
3.6
4.0
4.4
(a)r = -0,67
Log10([Cd] cytosol (nmol.g-1
p. sec))
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2
2.8
3.2
3.6
4.0
4.4
(b)r = -0,26
Log10([MT] (nmol sites de liaison
du Hg.g-1 p. sec))
1.50 1.75 2.00 2.25 2.50
2.8
3.2
3.6
4.0
4.4
(c)r = -0,19
Log10([Cd-HPM] (nmol.g-1
p. sec))
0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
2.8
3.2
3.6
4.0
4.4
(d)r = -0,64
Log10([Cd-MT] (nmol.g-1
p. sec))
1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25
Lo
g1
0(f
éco
nd
ité
cu
mu
lée
(n
b. l
arv
es. m
-2))
2.8
3.2
3.6
4.0
4.4
(e)r = -0,18
Log10([Cd-FPM] (nmol.g-1
p. sec))
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25
2.8
3.2
3.6
4.0
4.4
(f)r = -0,17
Influence des variables confondantes
Densité littorale (ind/m2)
Biomasse (g/m2)
Production (g/m2/an)
P/B (an-1)
Fécondité cumulée
(nb.
larves/m2)
Cd2+ estimée -0,79 -0,70 -0,78 -0,52 -0,67
Cd-HPM -0,81 -0,69 -0,79 -0,58 -0,64
pH 0,74 0,67 0,70 0,27 0,67
Ca 0,27 0,25 0,25 0,20 0,32
Chl a 0,41 0,51 0,48 -0,10 0,63
C Sest -0,12 0,01 0,03 -0,03 -0,03
N Sest -0,33 -0,19 -0,20 -0,04 -0,19
Degrés-jours 0,86 0,80 0,87 0,40 0,73
Nb. esp. poissons 0,26 0,30 0,35 0,37 0,40
Abond. poissons 0,28 0,10 0,25 0,50 -0,07
Densité littorale
[Cd2+]
[Cd] cyt[MT]
[Cd-HPM]
[Cd-MT]
[Cd-FPM]
r d
e P
ears
on
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
Fécondité cumulée
[Cd2+]
[Cd] cyt[MT]
[Cd-HPM]
[Cd-MT]
[Cd-FPM]
r d
e P
ears
on
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
Production
[Cd2+]
[Cd] cyt[MT]
[Cd-HPM]
[Cd-MT]
[Cd-FPM]
r d
e P
ears
on
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
Biomasse
[Cd2+]
[Cd] cyt[MT]
[Cd-HPM]
[Cd-MT]
[Cd-FPM]
r d
e P
ears
on
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
corrélation simplecontrôle pour les degrés-jours
Expériences de transplantation: 400 jours
Lac de référence Opasatica : Cd2+: 0.03 nM, Ca: 9.2 mg/L
Lacs de niveau de contamination moyen Joannès: Cd2+: 0.25 nM, Ca: 7.7 mg/L Vaudray: Cd2+: 0.39 nM, Ca: 3.5 mg/L
Lacs de niveau de contamination élevé Dasserat: Cd2+: 1.08 nM, Ca: 9.3 mg/L Dufault: Cd2+: 0.76 nM, Ca: 19.3 mg/L
Expériences de transplantation: 400 j niveau de contamination des bivalves
1 2 3 4 5 6 7
[Cd]
gill
cyt
osol
(n
mol
. g-1
dw
)
0
20
40
60
80
100
120
140
Transplant site
1 2 3 4 5 6 7
[MT
] (nm
ol H
g b
indi
ng
site
s.g-1
dw
)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
OP (R) JO (M) VA (M) DS (H) DT (H)
A
B
*
*
*
*
Comparaison des niveaux de contaminants des bivalvesdans les enceintes et hors desenceintes
[Cd] gill cytosol (nmol.g-1 dw)
0 20 40 60 80 100 120 140 160
[MT
] (nm
ol H
g bi
ndin
g si
tes.
g-1 d
w)
0
20
40
60
80
100
120
140
r2 = 0.78; P = 0.0001y = 37.6 + 0.727 x
OPt400
JOt400
VAt400
DSt400
DTt400
Très faible Ca
Expériences de transplantation: 400 j répartition subcellulaire du Cd
Transplant site
OP (R) JO (M) VA (M) DS (H) DT (H)
[Cd]
in fr
actio
n (n
mol
. g-1
dw
)
0
20
40
60
80
100
120
140
[Cd-HMW] [Cd-MT] [Cd-LMW]
(5.5) (4.8)(8.5) (10.3)
(40.3) (52.2)
(99.2)
(37.0)
(0.52)(0)(0)(0)
* * *
§
§
[Cd] gill cytosol (nmol.g-1 dw)
0 20 40 60 80 100 120 140 160
[Cd
] in
fra
ctio
n (
nm
ol. g
-1 d
w)
0
20
40
60
80
100
120
140
160[Cd-MT]
[Cd-HMW]
r2 = 0.96; P<0.0001y = 8.98 + 0.922 x
r2 = 0.61; P = 0.0009y = 1.61 + 0.112 x
[Cd-LMW]
Ligands les plus importants: MT et HPM
Lac Vaudray: Cd-MT très fort: bonne détoxicationLac Dufault : Cd-HMW très fort: maximum de toxicité
Expériences de transplantation: 400 j réponse des populations
Transplant site
OP (R) JO (M) VA (M) DS (H) DT (H)
Ch
ang
e in
sh
ell
len
gth
(m
m)
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
n =
76
n =
85
n =
89
n =
35
n =
31
95% range of measurement errors (n = 200)
NE
T G
RO
WT
H
NE
T LO
SS
A
B
C
AB Aab
bc
c
a ab
n =
21
n =
19
n =
22
n =
12
n =
8
High density Natural density
Transplant site
OP (R) JO (M) VA (M) DS (H) DT (H)
Mo
rtal
ity
(%)
0
20
40
60
80
100
**
ANOVA: F4,25 = 28.0; P<0.0001
Croissance Mortalité
Effet protecteur de la MT
Suivi à long terme: 1989-2002
Years
1980 1985 1990 1995 2000
Cd
em
iss
ion
s (
ton
ne
s)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Cu
em
iss
ion
s (
ton
ne
s)
20
40
60
80
100
120
140
160
Zn
em
iss
ion
s (
ton
ne
s)
0
250
500
750
1000
1250
1500
Cd Cu Zn
Baisse des émissions de la fonderie de Noranda
[Cd] gill (nmol g-1 dry wt.)100 1000
100
1000
[Zn] gill (nmol g-1 dry wt.)
10000
100
1000
[Cu] gill (nmol g-1 dry wt.)
1000
[MT
] g
ill (n
mo
l H
g b
ind
ing
sit
es
g-1 d
ry w
t.)
100
1000
r = 0.7926; P < 0.0001
r = 0.0446; P = 0.8443r = 0.6640; P = 0.0006
A
B C
VA
HE
DU
OP
JOBO
1989
1994
1997
2002
Baisse des concentrations du biomarqueur d’exposition (MT) chez les bivalves
Relation avec les baissesde Cd et Cu
En amont de la fonderieOP: Opasatica 29 kmDu: Dufay 39 km
En aval de la fonderieJO: Johannes 26 kmVA: Vaudray 30 kmBO: Bousquet 30 kmHE: Héva 51 km
0 1 2 3 4 5 6 7
Va
ria
tio
n b
etw
ee
n 1
98
9 a
nd
200
2 (
%)
-100
-75
-50
-25
0
25
50
Cd emissions
free [Cd
2+ ]
[Cd] gill
[Cu] gill[Zn] gill
[MT] gill
Wat
er
com
par
tmen
t
Bivalves
Atm
osp
her
e
Cohérence temporelle entre les baisses des émissions, du niveau de pollution, de la bioaccumulation des métaux et du biomarqueur MT
Conclusions de l ’étude
La MT peut être utilisée comme biomarqueur d’exposition et de contamination chez les invertébrés d’eau douce
Potentiel d’utilisation de la répartition sub-cellulaire du Cd (Cd-MT, Cd-HPM, Cd-FPM) comme biomarqueur prédictif du risque toxicologique au niveau cellulaire
Potentiel mais manque de certitude pour assigner à la répartition sub-cellulaire du Cd un rôle prédictif d’effets écotoxicologiques sur l’état des populations de bivalves
Influence des facteurs confondants au niveau écologique: Chaleur accumulée dans la zone littorale des lacs reliée à la morphométrie des lacs, niveau de dureté des eaux reliée aux concentrations en calcium.
Conclusions (suite)
Hypothèse: En raison des efforts de traitement de l’industrie minière dans la région, les facteurs écologiques ont supplanté la pression de contamination exercée par le Cd comme élément structurant des populations de bivalves
Le manque de connaissance sur les effets confondants des facteurs écologiques en milieu naturel limite de beaucoup la signification écotoxicologique de la MT et de la répartition subcellulaire du Cd dans les ligands cytosoliques comme biomarqueur d’effets toxiques au niveau des populations
Les études au niveau des communautés restent à faireLes études au niveau des communautés restent à faire
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