Signification écologique de la tolérance acquise des communautés microbiennes des biofilms de rivières à une contamination d’origine anthropique

Ecological significance of the induced tolerance of microbial communities in fluvial biofilms to anthropogenic contaminations

• Auteur / Autrice : Ahmed Tlili
• Direction : Bernard Montuelle, Annette Bérard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie microbienne
• Date : Soutenance le 21/12/2010
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Garabétian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Lacroix, Jean-Pierre Rebillard, Franck Poly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Chèvre

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollution de l'eau

Écologie des cours d'eau

Écologie bactérienne

Biofilms

Mots clés libres

Biofilm de rivière

PICT

Tolérance induite

Pollution

Pesticides

Métaux lourds

Fluvial biofilms

PICT

Induced tolerance

Pollution

Pesticides

Heavy metals

Résumé

Les modifications de structure et de diversité des communautés biologiques au sein d’un écosystème soumis à une perturbation, se traduisent généralement par la raréfaction, la disparition d’espèces sensibles et/ou l’apparition de nouvelles espèces tolérantes ou par la prolifération d’autres espèces tolérantes déjà présentes mais à une faible densité. Dans le cas d’une perturbation d’origine toxique, ceci a pour conséquence une diminution de la sensibilité globale de la communauté par rapport à la (aux) substance(s) responsable(s) de cette modification de structure et de diversité. L’évaluation de la tolérance vis-à-vis d’un toxique peut donc nous permettre de révéler a posteriori l’exposition d’une communauté biologique à ce toxique, en mettant en évidence le lien entre pression et impact sur le compartiment biotique d’un écosystème. Malgré de nombreux travaux en ce domaine, il reste cependant de nombreuses lacunes scientifiques dans la compréhension de cette tolérance induite par les pollutions (PICT). Le modèle d’étude retenu est le biofilm aquatique (ou périphyton), dont les spécificités biologiques et écologiques en font un outil d’étude très intéressant. Ce travail a permis de montrer que l’intégration du concept PICT comme un outil complémentaire dans les systèmes d'évaluation environnementale donnerait plus de pertinence écologique et de spécificité écotoxicologique à la batterie actuelle des bioindicateurs utilisés. Par ailleurs, le PICT est aussi une approche conceptuelle, à l’échelle des communautés, très riche et qui confirme l’intérêt d’aborder l’écotoxicologie avec le regard de l’écologue plus holistique que celui du toxicologue. En effet, les mesures de tolérance-induite qui prennent en compte la diversité fonctionnelle du biofilm, ainsi que les analyses taxonomiques associées, nous ont permis une meilleure compréhension de la résistance et de la résilience de cet écosystème suite à des perturbations d’origine chimique. Nos travaux nous ont aussi permis d’aborder le concept des seuils de résistance et de résilience écologiques, et de mettre en évidence le fait qu’une acquisition de tolérance à un stress donné, pourrait se traduire par le déplacement des communautés d’un état initial vers un état « alternatif » stable, même après le retrait du stress. Ces seuils écologiques ainsi que cet état alternatif stable signifient que la disparition des espèces les plus sensibles (comme l'un des processus expliquant le PICT) n'affecte donc pas les fonctions de la communauté dans son ensemble au début et ce seulement jusqu’à un certain seuil de résistance. Le PICT pourrait ainsi se traduire par une réduction de la diversité ou avec des modifications dans la composition spécifique, sans pour autant qu’il y ait un effet négatif sur le fonctionnement de la communauté. Cependant, la capacité des communautés à devenir tolérantes à une perturbation peut avoir des conséquences négatives sur les capacités de résilience et de résistance des écosystèmes. Nous avons donc abordé dans nos travaux le concept de « co-tolérance négative entre espèces » et de coût de la tolérance.

Changes in structure and diversity of biological communities within ecosystems subjected to disturbances are generally synonymous of the scarcity, loss and/or the emergence of new tolerant species or by the proliferation of other species already present but at low density. This leads to a decrease in the overall sensitivity of the community toward the substance(s) responsible for this change of community structure and diversity. The evaluation (and if possible the quantification) of tolerance towards a toxicant may therefore enable us to reveal a posteriori the exposure of a biological community to this toxicant (its exposure history), and demonstrate the specific link between pressure and impact on the biotic compartment of an ecosystem and, more generally, on the ecosystem. Despite numerous studies in this area, there are still many gaps in scientific understanding of the pollution induced-tolerance. The biological model that we used is the lotic biofilm (or periphyton) whose biological and ecological characteristics make it a very interesting tool for study. This work has shown firstly that the integration of the acquired tolerance concept as a complementary tool in the environmental assessment systems would allow more ecological relevance and ecotoxicological specificity to the current set of used bio-indicators. Furthermore, the PICT is also a conceptual approach at the community level, which confirms the interest to address ecotoxicology from the viewpoint of the ecologist that is more holistic than the toxicologist one. Indeed, measures of pollution-induced tolerance, by taking into account the functional diversity of biofilms, and the associated taxonomic analysis, allowed to have a better understanding of resistance and resilience of the ecosystem submitted to chemical perturbations. Our works enabled us to tackle the concept of ecological thresholds of resistance and resilience, and to highlight the fact that enhanced tolerance to a given stress, could result in the displacement of communities from an initial state to an « alternative » stable state, even after the stress removal. These ecological thresholds and the alternative stable state mean that the disappearance of the most sensitive species (as a process explaining the PICT) does not affect the functions of the community until reaching a threshold of resistance. Thus the PICT could correspond to a reduction in diversity or changes in species composition, without having a negative effect on the functioning of the community. However, the ability of communities to be tolerant toward disturbance can have negative consequences on the resilience and resistance of ecosystems. Consequently, we addressed in our work the concept of "negative co-tolerance between species" and costs of tolerance.