Projet de recherche EV/23 (Action de recherche EV)
Contexte
Plusieurs classes de contaminants potentiellement toxiques présentent de hautes concentrations en Mer du Nord. Ces contaminants inquiétants comprennent les polychlorobiphényles coplanaires (cPCBs), les diphényléthers polychlorés (PBDEs), les dioxines, les furanes, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAHs) et certains métaux (Cd, Pb, Hg, Zn). Des outils d'évaluation des effets de ces substances, appelés biomarqueurs, ont été développés, (il s'agit de réponses biologiques indiquant l'exposition ou les effets d'un contaminant dans un organisme). La plupart des biomarqueurs couramment employés (ainsi que ceux en développement) sont des réponses aux niveaux d'intégration biologique biochimique à individuel. De fait, il y a très peu de données permettant d'interpréter la signification des réponses fournies par les biomarqueurs aux niveaux de la population ou de l'écosystème alors que ces niveaux sont ceux qui doivent être pris en compte pour la préservation des espèces et de la biodiversité.
Description du projet
Objectifs
Déterminer si les effets de contaminants très préoccupants en Mer du Nord (cPCBs, dioxines, furanes, PAHs, PBDEs et métaux -Cd, Pb, Hg, Zn- en ce compris les effets synergiques dûs à des charges accrues en matière organique) enregistrés aux niveaux génétique à individuel causent des altérations significatives des populations ou communautés d'organismes benthiques et si les signaux précoces fournis par les biomarqueurs peuvent effectivement prédire ces effets écologiques.
Méthodologie
Les organismes choisis sont marins, benthiques et d'une grande importance écologique et/ou stratégique. Il s'agit de l'étoile de mer Asterias rubens, de la moule Mytilus edulis, et des communautés bactériennes associées aux sédiments (CBAS). Les deux premières espèces sont des bioindicateurs de contamination reconnus offrant des biomarqueurs validés ou en développement. Elles sont étudiées au niveau de la population. Les CBAS sont des éléments clés des sédiments mais sont relativement peu connues d'un point de vue écotoxicologique. La recherche aborde ici un niveau d'intégration supérieur, celui de la communauté.
La stratégie est de déterminer les effets des contaminants sur certains paramètres des populations ou communautés des organismes étudiés ainsi que sur leurs biomarqueurs, et cela dans des mésocosmes et/ou en conditions naturelles, les conditions environnementales et le type de contamination étant imposés (expériences en mésocosme) ou déterminés simultanément (en conditions naturelles).
Les contaminants analysés sont les cPCBs, les dioxines, les furanes, les PAH, les PBDEs, et les métaux (Cd, Pb, Hg, Zn). Les conditions environnementales prises en compte sont la salinité, la température, la quantité de matière organique des sédiments, et la disponibilité en nourriture pour les étoiles de mer et les moules. Les biomarqueurs considérés sont, pour les étoiles de mer et les moules, l'induction des métallothionéines, l'activité cytochrome P450-1A, l'activité immunitaire, les tests d'embryotoxicité et l'expression génique différencielle. De plus, un tout nouveau test utilisant des gènes indicateurs de stress insérés dans des bactéries ("bacterial cell stress gene profiling assay") est utilisé pour détecter et caractériser la nature de la pollution des sédiments marins et de la matière en suspension.
Pour les expériences en conditions naturelles, la stratégie est de déterminer dans un nombre limité de sites bien contrastés: (1) les conditions environnementales générales (température, salinité, nourriture disponible), (2) les taux de contaminants (dans les sédiments, la matière organique en suspension, et les organismes sélectionnés), (3) les paramètres des populations et communautés des organismes sélectionnés, et (4) les réponses des biomarqueurs sélectionnés. Ensuite, grâce à l'analyse multivariée, les différences entre paramètres écologiques des différentes populations étudiées seront mises en relation avec les conditions environnementales et/ou les taux de contaminants. Finalement, des corrélations seront établies entre les réponses des biomarqueurs et les effets sur les populations et communautés. Les sites sélectionnés comprennent des sites contaminés et des sites "sains" dans la partie sud de la Mer du Nord (du Pas-de-Calais au Grevelingenmeer, avec des stations le long de la côte belge et dans l'estuaire de l'Escaut) ainsi qu'un point chaud de contamination (associé à un gradient de contamination) dans un fjord norvégien. Les paramètres des populations d'étoiles de mer et de moules déterminés sont : la dynamique de population (analyse de la distribution des classes de taille en cohorte, pour déterminer les taux de croissance, de survie, et de mortalité), les indices d'organes (pour caractériser l'allocation des ressources), le cycle gamétogénique, et la capacité reproductive. Les paramètres des CBAS sont la biodiversité et l'abondance des espèces dominantes (déterminées par la technique de RT-PCR couplée à l'électrophorèse en conditions dénaturantes -DGGE-).
Les expériences en mésocosmes permettront de reconnaître, en conditions contrôlées, les effets de certains facteurs spécifiques (environnement et contaminants) sur les paramètres des populations et communautés. Il s'agira de faire varier certains paramètres environnementaux et/ou taux de contaminants alors que les autres seront maintenus à des taux normaux. Les variables étudiées sont la croissance des recrues (i.e. les juvéniles récemment établis), la croissance et la métamorphose des larves, et la biodiversité et abondance des espèces dominantes des CBAS.
Interactions entre les différents partenaires
Quatre équipes de biologistes (UMH-Biomar, ULB-Biomar - en collaboration avec le sous-contractant ULB-ESA-, UA) sont en charge des expériences de terrain et en mésocosme et des mesures de biomarqueurs. Deux équipes de chimistes (UMH-ChOrg et Ulg) assurent les analyses des PAHs, cPCBs, PBDEs, dioxines et furanes. Les métaux sont analysées par les équipes UA et ULB-Biomar.
Résultats et produits attendus
Les principaux résultats attendus sont une évaluation (1) de l'impact de contaminants très préoccupants sur les populations d'invertébrés majeurs et sur les communautés de bactéries associées aux sédiments en Mer du Nord et (2) de la capacitié de biomarqueurs sélectionnés à prédire ces effets. Ces travaux fourniront une étude de cas dans le domaine de l'écotoxicologie sensu stricto (au niveau de la population ou de la communauté), un objectif fondamental mais rarement abordé dans le milieu marin.
Les résultats obtenus fourniront aux agences environnementales et aux industries impliquées une évaluation de l'état de santé des communautés benthiques côtières de la baie sud de la Mer du Nord. Les problèmes les plus aigus pourront ainsi être reconnus, ce qui fournira une aide à la décision en matière d'actions de remédiation, par exemple dans les zones de pêche ou de loisirs.
Les résultats seront également utilisés afin d'augmenter la conscientisation du public et des ONG en faveur de la protection des écosystèmes benthiques en général et des invertébrés en particulier.
Partenaires
Activités
ULB. La recherche du Laboratoire de Biologie Marine (Biomar) s'intéresse à la biologie, l'écologie, l'écotoxicologie et l'aquaculture des invertébrés marins, avec un intérêt particulier pour les échinodermes. Le Laboratoire d'Ecologie des Ecosystèmes Aquatiques (ESA) est spécialisé dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques et de leurs réponses aux changement naturels et anthropiques.
UMH. Le Laboratoire de Biologie Marine (Biomar) étudie la biologie des invertébrés benthiques, principalement les échinodermes. Les principaux sujets abordés sont les propriétés adhésives, les symbioses et le développement larvaire en ce compris la métamorphose. Le Laboratoire de Chimie Organique (ChOrg) est spécialisé en spectrométrie de masse appliquée à de nouvelles molécules réactives, aux polluants atmosphériques et marins et aux séquençage de peptides.
UA. La recherche du groupe Ecophysiologie, Biochimie et Toxicologie est centrée sur la disponibilité biologique et l'accumulation des contaminants dans les organismes aquatiques et les écosystèmes et sur les effets des conditions environnementales et d'exposition à la pollution sur la condition physiologique et les effets toxicologiques.
Ulg. La recherche du Laboratoire de Spectrométrie de Masse est focalisée sur le développement de méthodes analytiques pour les micropolluants et sur l'étude de la reconnaissance moléculaire entre bio-molécules (protéines, ADN et complexes avec des xénobiotiques).
Coordonnées
Promoteur
Philippe Dubois
Université Libre de Bruxelles (ULB)
Laboratoire de Biologie marine CP160/15
50, avenue F.D. Roosevelt, B-1050 Bruxelles
Tél: +32 (0)2 650 28 39; Fax: +32 (0)2 650 27 96
phdubois@ulb.ac.be
http://www.ulb.ac.be/sciences/biomar/index.html http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB119.html
Partenaires
Christiane Lancelot
Université Libre de Bruxelles (ULB)
Ecologie des Systèmes aquatiques CP221
boulevard du Triomphe, B-1050 Bruxelles
Tél: +32 (0)2 650 59 88; Fax +32 (02 650 59 93
lancelot@ulb.ac.be
http://www.ulb.ac.be/rech/inventaire/unites/ULB115.html
Michel Jangoux
Université de Mons-Hainaut (UMH)
Laboratoire de Biologie marine
6, avenue du Champs de Mars, B-7000 Mons
Tél: +32 (0)65 37 34 70; Fax: +32 (0)65 37 34 34
michel.jangoux@umh.ac.be
http://www.umh.ac.be/~biomar/
Robert Flammang
Université de Mons-Hainaut (UMH)
Laboratoire de Chimie Organique
19, avenue Maistriau, B-7000 Mons
Tél: +32 (0)65 37 33 42; Fax: +32 (0)65 37 35 15
robert.flammang@umh.ac.be
Ronny Blust
Universitet Antwerpen
Ecophysiology, Biochemistry and Toxicology Group
Groenenborgerlaan 171, B-2020 Antwerpen
Tél: +32 (0)3 218 03 47; Fax: +32 (0)3 218 04 97
ronny.blust@ua.ac.be
Edwin De Pauw
Université de Liège (Ulg)
Laboratoire de Spectrométrie de Masse
Sart-Tilman B6c, B-4000 Liège
Tél: +32 (0)4 366 34 15; Fax: +32 (0)4 366 34 13
E.DePauw@ulg.ac.be
Comité d'Utilisateurs
Jean-Marie Claereboudt - Vereniging der Industriële Bedrijven ten Noorden van Antwerpen
Jan Mees - Vlaams Instituut voor de Zee
Roland Moreau - Greenpeace Belgium
Georges Pichot - Unité de Gestion du Modèle Mathématique de la mer du Nord
Effects of pollutants on benthic populations and communities of North Sea organisms (ECOTOX2) : final report
Dubois, Philippe - Blust, Ronny - Flammang, Robert ... et al Brussels : Federal Science Policy, 2009 (SP2134)
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Références bibliographiques :
