Mise en évidence des voies de transfert des cyanotoxines dans les lacs péri-alpins et implications dans les réponses physiologiques des poissons exposés

Transfer pathways of cyanotoxins throughout pelagic foodwebs of peri-alpine Lakes and their implications in the physiological responses of fish

• Auteur / Autrice : Benoît Sotton
• Direction : Isabelle Domaizon, Jean Guillard, Jean-François Humbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biodiversité, écologie, environnement
• Date : Soutenance le 18/12/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Centre alpin de recherche sur les réseaux trophiques des écosystèmes limniques (Thonon-les-Bains, Haute-Savoie)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Orlane Anneville, Franck Cattaneo, Christian Desvilettes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Delphine Latour, Patrick Kestemont

Mots clés

Mots clés contrôlés

Alpes

Écologie des lacs

Poissons -- Populations

Microcystines

Toxicologie

Cyanobactéries

Mots clés libres

Cyanotoxines

Transferts trophiques

Planktothrix rubescens

Perches

Corégones

Zooplancton

Cyanotoxins

Trophic transfers

Planktothrix rubescens

Perch

Whitefish

Zooplankton

Résumé

En dépit de la ré-oligotrophisation de nombreux lacs d'Europe du nord au cours des deux dernières décennies, les développements massifs de cyanobactéries toxiques, telle que Planktothrix rubescens, adaptée aux écosystèmes mésotrophes, sont encore largement observés. Parmi les cyanotoxines produites par cette espèce, les microcystines (MCs) sont les toxines les plus fréquemment rencontrées et sont reconnues comme des molécules perturbatrices de tous les compartiments trophiques des écosystèmes lacustres. Ces blooms toxiques affectent notamment les lacs péri-alpins pour lesquels des risques de contaminations des populations piscicoles exploitées ont été démontrés. Cependant, il existe encore un manque de connaissances important tant concernant les voies de transfert de ces toxines au sein des réseaux trophiques limniques, que leurs effets physiologiques sur les populations de poisson. Dans le cadre de ce travail de thèse, deux modèles de poissons, dont les répartitions spatiales verticales diffèrent (juvéniles de perche et corégones), ont été considérés. Les objectifs principaux ont été traités d'une part au travers d'une approche expérimentale (par gavage) visant à analyser les processus d'accumulation et de détoxification, ainsi que les effets génotoxiques des MCs sur ces deux espèces modèles. Les réponses physiologiques ainsi étudiées ont permis de mettre en évidence que les juvéniles de perche et les corégones sont capables de détoxifier une partie des MCs ingérées, mais cependant des effets génotoxiques sont observés suite à l'exposition des poissons aux MCs. D'autre part, des approches écosystémiques ont permis (1) d'explorer les effets potentiels de la présence du bloom sur la répartition spatiale des poissons (2) d'évaluer les niveaux de contaminations par les MCs pour les deux espèces de poisson en tenant compte de la variabilité saisonnière (3) d'identifier les principaux vecteurs zooplanctoniques de MCs jusqu'aux poissons. Les résultats acquis montrent que les filaments de P. rubescens constituent une ressource alimentaire en période de bloom pour les organismes zooplanctoniques brouteurs et qu'un transfert de MCs est possible jusqu'aux espèces zooplanctoniques prédatrices et in fine jusqu'aux poissons. Nos résultats mettent également en avant que les voies de contaminations ainsi que les intensités de contamination des poissons peuvent varier aussi bien à l'échelle saisonnière que journalière. Ces variations sont expliquées à la fois par les changements de régime alimentaire des poissons, les variations journalières de la production de MCs par P. rubescens, et les abondances et distributions verticales des différentes proies zooplanctoniques. A l'issue de ce travail, la part importante du transfert trophique des MCs jusqu'aux poissons a été vérifiée dans les cas des contaminations chroniques qui caractérisent les conditions de blooms des lacs péri-alpins (concentrations en cyanobactéries et en toxines modérées à fortes au cours de plusieurs mois).

Many deep peri-alpine lakes which are currently under re-oligotrophication are impacted by Planktothrix rubescens blooms. Among cyanotoxins produced by P. rubescens, microcystins (MCs) are the most commonly studied and are involved in many ecological disturbances. In peri-alpine lakes, these blooms might affect exploited fish species due to toxin contaminations. However, there is still a lack of knowledge regarding both transfer pathways of the toxin and their physiological effects on fish populations. In this work, two models of fish populations were considered (Young-Of-Year (YOY) perch and whitefish which exhibit distinct vertical distributions). The main objectives were on the one hand investigated through an experimental approach to analyze on the two model species, accumulation and detoxification processes as well as genotoxic effects of MCs. From these experiments, we showed that YOY perch and whitefish were able to detoxify part of the MCs but that genotoxic effects were still observed. On the other hand, ecosystemic approaches allowed (1) to explore the potential effects of the presence of bloom on the spatial distribution of fish, (2) to assess the levels of contamination by MCs for both fish species taking into account the seasonal variability, (3) to identify the main zooplanktonic vectors of MCs to fish. Our results revealed that the filaments of P. rubescens are a food resource for zooplankton grazers, and that a trophic transfer of MCs exists from herbivorous to their zooplanktonic predators and in fine to fish. Our results also highlight that the contamination pathways and their intensities could vary both at seasonal and daily scales. These variations are explained by both changes in fish diet, daily variations in the production of MCs by P. rubescens, and abundances and vertical distributions of zooplanktonic preys. Overall, we highlighted the importance of MCs trophic transfer in fish intoxication in the case of chronic contaminations observed in peri-alpine lakes (moderate to severe cyanobacteria/toxins concentrations over several months).