Academic literature on the topic 'Épinoche à trois épines – Effets du stress'

Les travaux présentés dans cette thèse proposent d’évaluer l'impact d’un stress oestrogénique, durant des phases clés du cycle de vie des poissons (développement précoce et gamétogénèse), dans un contexte de changement global, tel que simulé par le scénario RCP8.5 du GIEC à l'horizon 2100 (+3 °C et -0.4 unité pH). Elle s’appuie sur une expérimentation en milieu contrôlé menée sur l’épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus), permettant d’une part, l'exposition à des scénarios climatiques différents (actuel et RCP8.5) sur tout le cycle de vie de cette espèce et d’autre part, de combiner ce stress climatique à un stress oestrogénique (17α-ethynylestradiol = EE2 ; 15 ng.l-1) pendant les stades embryo-larvaires et en fin de gamétogénèse. L’impact du stress climatique, ou du multi-stress, a été abordé par une approche intégrative, s'appuyant sur des analyses physiologiques, biochimiques et moléculaires, permettant d’observer les effets sur la croissance, la reproduction et la survie à différents niveaux biologiques. En résumé, cette étude montre que des conditions de températures plus élevées et de pH plus bas augmentent les coûts métaboliques, affectant la croissance des juvéniles. Cet effet sur la croissance est accentué lors d’une contamination précoce à l’EE2. Au stade adulte, les coûts métaboliques générés par le stress climatique, impactent la maturité sexuelle et le succès reproducteur (diminution du nombre de femelles capables de se reproduire, retard et réduction de la période de ponte, maturation ovocytaire et qualité des oeufs amoindries). Ces effets ne sont pas modulés par le stress oestrogénique supplémentaire, appliqué en fin de gamétogénèse. Toutefois, la contamination pendant les stades précoces a entraîné des effets durables, comme une féminisation des mâles et une perturbation de l'axe de la reproduction, sans modulation par la condition climatique. Enfin, les deux principaux résultats sur la survie concernent, deux périodes : 1- En condition de stress climatique, un pic de mortalité a été observé après la reproduction, associé à la prolifération de Vibrio rotiferianus et à un état physiologique plus vulnérable des épinoches en période de post-reproduction et de températures plus élevées. 2- En condition de multistress où une mortalité totale des larves issues de parents contaminés à l’EE2 a été constatée suggérant un rôle crucial de l’exposition des géniteurs sur les réponses de la descendance. Ces travaux soulignent l’intérêt de considérer le multi-stress sur l’entièreté du cycle de vie pour estimer la vulnérabilité des espèces aquatiques dans un environnement futur
The work presented in this thesis aims to evaluate the effects of estrogenic stress during key phases of the fish life cycle (early development and gametogenesis) in the context of global change as simulated by the IPCC RCP8.5 scenario for the year 2100 (+3 °C and -0.4 pH units). It is based on a controlled environment experiment carried out on the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus), which allows exposure to different climate scenarios (current and RCP8.5) throughout the life cycle of this species and, in addition, to combine this climatic stress with estrogenic stress (17α-ethynylestradiol = EE2 ; 15 ng.l-1) during the embryonic-larval stages and at the end of gametogenesis. The effects of climatic stress, or multistress, were addressed by an integrative approach based on physiological, biochemical and molecular analyses, allowing the observation of effects on growth, reproduction and survival at different biological levels. In conclusion, this study shows that higher temperature and lower pH conditions increase metabolic costs and thus affect juvenile growth. This effect on growth is exacerbated by early contamination with EE2. At the adult stage, the metabolic costs generated by climatic stress affect sexual maturity and reproductive success (reduction in the number of reproductive females, delay and reduction in the spawning period, impaired oocyte maturation and egg quality). These effects are not modulated by additional estrogenic stress applied at the end of gametogenesis. On the other hand, contamination during early stages resulted in permanent effects such as feminisation of males and disruption of the reproductive axis, without modulation by climatic conditions. Finally, the two main results on survival concern two periods: 1- Under climatic stress conditions, a post-reproductive mortality peak wasobserved, associated with the proliferation of Vibrio rotiferianus and a more vulnerable physiological state of the sticklebacks during the post-reproductive period and at higher temperatures. 2- Under multistress conditions, a total mortality of larvae from EE2-contaminated parents was observed, suggesting a critical role of parental exposure on offspring responses. This work highlights the importance of considering multi-stress throughout the life cycle to assess the vulnerability of aquatic species in a future environment

La diversité génétique participe au potentiel évolutif des populations et des espèces. Sa conservation est un enjeu majeur dans la sauvegarde de la biodiversité. La diversité génétique peut aussi être importante pour l'individu. Cependant, il est souvent considéré que le niveau d’hétérozygotie a peu d'impact sur la fitness individuelle en nature. Toutefois, la relation entre l’hétérozygotie et la fitness a généralement été mesurée au niveau global (tout le génome), une approche potentiellement inadéquate. L’analyse de la relation hétérozygotie-fitness, à 30 marqueurs microsatellites et cinq indicateurs de fitness, dans une population sauvage d’épinoches à trois épines, révèle que des effets locaux de l'hétérozygotie importants et consistants ne se traduisent pas nécessairement en un effet global important, puisque l’effet à chaque marqueur génétique peut être opposé ou absent. Cette étude démontre l’importance de considérer les effets locaux de l'hétérozygotie pour obtenir une évaluation correcte de son impact dans les populations peu consanguines.

En écotoxicologie, les expériences en écosystème artificiel (mésocosme) présentent un intérêt certain car elles permettent d’évaluer les effets directs et indirects des contaminants à des niveaux d’organisation biologique tels que les individus, les populations et les écosystèmes. Cependant, les études en mésocosme sont caractérisées par une faible puissance statistique et un risque élevé de ne pas détecter de différence entre les mésocosmes contrôles (sans contaminant) et ceux contaminés lorsqu’il y en a un. Dans ce contexte, les modèles individu-centrés basés sur la théorie de « dynamic energy budget » ont été suggérés être des outils pertinents pour permettre une meilleure analyse des résultats d’expérience en mésocosme. L’objectif de cette thèse était donc de développer un tel modèle simulant la dynamique de population de l’épinoche à trois épines en rivière artificielle. Les connaissances sur le modèle biologique utilisé, l’épinoche à trois épines, ainsi que plusieurs jeux de données disponibles provenant d’expériences en mésocosmes avant ou sans substances chimiques testées ont été utilisés pour développer ce modèle individu-centré. Celui-ci a tout d’abord été développé, calibré et évalué sur des données de dynamiques de population d’épinoches à trois épines en condition contrôle en mésocosme. Dans un second temps, le modèle a été appliqué à plusieurs cas d’étude où différentes substances chimiques ont été testées en mésocosme. Les résultats de simulation ont montré que l’approche par modélisation individu-centrée semble prometteuse pour améliorer les évaluations actuelles des effets des substances chimiques. Celle-ci a notamment permis une meilleure compréhension des modes d’action des toxiques et une extrapolation pertinente des données d’écotoxicité mesurées en laboratoire sur les organismes au niveau populationnel
In ecotoxicology, experiments in artificial ecosystems (mesocosms) are of a great interest because they allow to evaluate the direct and indirect effects of toxicants at different levels of biological organization such as individuals, populations and ecosystems. However, mesocosm experiments are characterized by a low statistical power and a high risk of not detecting differences between control (without contaminant) and contaminated mesocosms when there is one. In this context, individual-based models based on the dynamic energy budget theory have been suggested as relevant tools to improve the analysis of mesocosm experiment results. Thus, the objective of this phD was to develop an individual-based model simulating the three-spined stickleback population dynamics in artificial streams. The knowledge on the biological model used, the three-spined stickleback, as well as the use of several available datasets from mesocosm experiments with or without tested chemicals allowed us to develop this model. Our individual-based model was first developed, calibrated and evaluated on data from three-spined stickleback population dynamics in mesocosms in control conditions. In a second step, the model was applied to several case studies where different chemical substances were tested in mesocosms. Simulation results have shown that the individual-based modelling approach seems promising for improving current assessments of the effects of chemicals. Indeed, our model helped us to have a better understanding of the modes of action of toxicants and a relevant extrapolation of ecotoxicity data measured in the laboratory on organisms to the population level

Avec le développement des activités anthropiques, les milieux aquatiques connaissent des modifications physico-chimiques, par exemple, la présence de contaminants chimiques et la perturbation des cycles de température (réchauffement climatique) peuvent avoir des effets sur les organismes qui y vivent. Ce travail s'inscrit donc dans un contexte qui couvre, à la fois le besoin de développement de nouveaux outils d'évaluation de la qualité des milieux aquatiques, exigé par des réglementations telle que la DCE, et l'apport de nouvelles connaissances sur les effets des multistress sur les organismes vivants. Plus précisément, nous nous sommes intéressés à différents paramètres du métabolisme énergétique et à leur intérêt en tant que nouveaux biomarqueurs, chez l'épinoche à trois épines (Gasterosteus aculeatus), espèce modèle en écotoxicologie. Ce travail de thèse vise : (i) à caractériser l'influence de paramètres biotiques et abiotiques sur les paramètres choisis, (ii) à préciser le schéma de réponse des enzymes digestives dans un contexte de multistress (exposition chronique à une très faible concentration de cadmium et/ou à un stress thermique), et (iii) à renseigner les conséquences de cette exposition multiple sur la reproduction de l'épinoche, en lien avec la modulation des paramètres liés à l'énergie. Les résultats obtenus démontrent que la température est le facteur de stress majeur avec des répercussions négatives sur la majorité des paramètres étudiés (i.e. paramètres de croissance, quelques paramètres du métabolisme énergétique, paramètres du stress oxydant et paramètres de reproduction des parents). Concernant le cadmium, celui-ci engendre des effets au niveau moléculaire (enzymes digestives) mais n'affecte pas les paramètres de la reproduction des poissons adultes. Cependant, des conséquences de l'exposition au cadmium sont néanmoins observées sur les descendants (capacité de survie). L'impact négatif du multistress sur les paramètres de reproduction de l'épinoche peut être dû à un investissement parental altéré, qui probablement a fait suite à une altération de l'un des paramètres en relation avec l'acquisition de l'énergie, telles que les enzymes digestives. Ainsi, les paramètres associés au métabolisme énergétique, et tout particulièrement à l'acquisition de l'énergie (digestion) montrent une sensibilité intéressante aux différents stress étudiés soulignant leur potentiel en tant que nouveaux biomarqueurs
In a large context of global warming (temperature increase), anthropogenic activities introduce significant amounts of organic and inorganic pollutants causing chemical and physical disruption on the aquatic ecosystems and there living organisms. This work is therefore part of a context that covers both the need for the development of new tools for assessing the quality of aquatic environments, as required by regulations such as the DCE, and the provision of new knowledge on multistress effects on living organisms. Specifically, we examined different energy metabolism parameters and their interest as novel biomarkers in the threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus), a model species in ecotoxicology. This thesis aims to: (i) characterize the influence of biotic and abiotic parameters on the chosen parameters, (ii) to specify the response pattern of digestive enzymes in a multistress context (chronic exposure to a very low concentration of cadmium and / or thermal stress), and (iii) to study the consequences of this multiple exposure on sticklebacks' reproduction, in relation with the modulation of the energy parameters. Results show that temperature is the major stress factor with negative effects on most of the studied parameters (i.e. growth parameters, some parameters of energy metabolism, oxidative stress parameters and parents' reproduction parameters). Concerning cadmium, this chemical stress had effects at the molecular level (digestive enzymes) but did not affect the reproductive parameters of adult fish. However, consequences of cadmium exposure are nevertheless observed on the offspring (survival capacity). The negative impact of the double stress sticklebacks' reproduction may be due to an altered parental investment, which probably followed an alteration of one of the parameters in relation to energy acquisition, such as digestive enzymes. Thus, the parameters associated with energy metabolism, and especially with the acquisition of energy (digestion), show an interesting sensitivity to the different stresses studied, highlighting their potential as new biomarkers

Les tests écotoxicologiques en conditions écosystémiques, tels que ceux que l’on peut réaliser en mésocosmes,présentent une plus grande pertinence écologique que les tests normalisés en laboratoire. Ilspermettent d’intégrer les interactions complexes entre les espèces, entre le biotope et la biocénose. Cependant,en contrepartie de leur complexité, ces systèmes présentent une variabilité importante qu’il s’agitde réduire, par une standardisation expérimentale poussée, ou d’identifier les facteurs explicatifs pourmieux mettre en lumière des différences entre traitements. Dans le cadre de cette thèse, nous avons enoutre fait le choix d’une espèce sur laquelle focaliser nos efforts, le poisson, ici l’épinoche à trois épines,Gasterosteus aculeatus, en le considérant comme un bon indicateur de l’état de santé du mésocosme. Ilnous est apparu plus judicieux, dans le cadre des études en mésocosmes, de se concentrer sur une espèceintégratrice en parallèle d’une analyse globale d’abondance des espèces.L’objectif de cette thèse était donc de mieux comprendre la dynamique de populations de l’épinoche àtrois épines dans les mésocosmes de l’Ineris afin d’améliorer les protocoles utilisés et l’analyse des donnéesobtenues lors des études écotoxicologiques. Pour y parvenir, des expériences ont été réalisées afinde caractériser les processus et les traits d’histoire de vie de l’espèce dans notre site d’étude ; un protocolea été proposé pour effectuer des expériences en mésocosmes ciblées sur l’étude de la dynamique despoissons ; deux années d’expérience ont permis d’acquérir des données en conditions témoins et de mieuxsaisir les facteurs confondants ; nous avons mis en application nos connaissances en évaluant les effets dubisphénol A (BPA) sur la dynamique de population de poissons exposés à 0, 1, 10 et 100 μg/L de BPA.Nous avons ainsi pu décrire et expliquer la dynamique de la population de l’épinoche dans les mésocosmespar quatre phases distinctes : une augmentation massive des effectifs en raison de la reproduction desfondateurs ; une diminution importante des effectifs en raison d’une saturation des capacités du système ;une faible reprise ; une nouvelle chute à la fin de la période de reproduction. S’agissant du BPA, des effetssignificatifs ont été mis en évidence sur les individus (atrophie des gonades), mais également à l’échellede la population (structure de la population)
Ecotoxicity tests in ecosystemic conditions, such as those that can be performed in mesocosms, providea substantial ecological relevance. They permit to integrate complex inter-species interactions, interactionsbetween the organisms and the environmental conditions, and permit to assess perturbations witha systemic view. However, in return, these systems present a high variability that should be reduced,through experimental standardization or by identifying explicative factors, to better assess the differencebetween the outputs of the different treatments. In this thesis, we also focused on one species, of fish,the three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus), considering that it is good indicator of the healthstatus of the experimental ecosystem. We suggest that is more appropriate to focus on an integrativespecies in parallel to a global analysis in the context of mesocosms studies.The goal of this thesis was thus to better understand sticklebacks population dynamics in INERIS mesocosmsto improve the experimental protocols and the data analysis in ecotoxicity studies. To achieve thisgoal, studies were performed to characterize life cycle traits and processes of the species ; an experimentalprotocol was proposed to perform mesocosms studies with a focus on fish population dynamics; the datafrom two years of mesocosms studies in control conditions permitted to better understand the confoundingfactors ; we applied the methodolgoy to assess the effects of bisphenol A (BPA) on fish populationdynamics with expsoure concentrations 0, 1, 10 and 100 μg/L BPA.We could describe and explain stickleback population dynamics divided by four periods: first a massiveabundance increase due to the first reproduction of the founders in the mesocosms; second an importantdecrease due to the saturation of the system ; third a short increase ; finaly a new drop due to the endof reproduction. For BPA, effects were observed both at individual and at population levels

L’extraction de l’uranium a eu pour conséquence une remobilisation de cet actinide au niveau des écosystèmes avoisinants les mines. L’utilisation de sels métalliques lors de la réhabilitation des sites miniers et la présence naturelle de métaux ont accentué les niveaux de la contamination métallique dans les hydrosystèmes soumis aux rejets miniers uranifères.Des expériences in situ ont été conduites au niveau de deux anciens sites miniers uranifères français. L’encagement de l’épinoche à trois épines a été employé pour connaître les effets sublétaux de ce mélange métallique, ainsi que sur la susceptibilité de ce poisson envers un stress biologique.Cette pollution, caractérisée par de plus importantes concentrations métalliques (notamment en uranium), a entraîné un stress oxydant chez l’épinoche visible sur plusieurs biomarqueurs, ainsi que d’autres effets dépendants du site d’exposition.La contamination polymétallique a occasionné une augmentation de la susceptibilité des épinoches au stress biologique, en empêchant leurs réponses phagocytaire antioxydante à ce stress. Ces travaux ont permis de renforcer l’intérêt de la technique d’encagement lors d’une étude environnementale, et celui des immunomarqueurs au sein d’une approche multi-biomarqueurs
Uranium extraction has resulted in a remobilisation of this actinide into mine surrounding ecosystems. Uses of metal salts during mining site rehabilitation, and the natural presence of metals have increased the metal contamination in hydrosystems submitted to mine tailings.In situ experiments were conducted in two former French uranium mining sites. Three-spined stickleback caging was used to determine the sublethal effects of this metal mixture on this freshwater fish, as well as its effects on fish susceptibility to a sudden biological stress.This pollution, characterised by higher metal concentrations (especially for uranium), has led to an oxidative stress in sticklebacks visible through several biomarkers, and other effects dependent on the study site. The polymetallic contamination has modified the stickleback responses to the biological stress, by preventing their phagocytic and antioxidant responses. This work has reinforced the interest of the caging technique during environmental studies and that of immunomarkers in a multi-biomarker approach