Mussel as a Tool to Define Continental Watershed Quality

Bivalves appear as relevant sentinel species in aquatic ecotoxicology and water quality assessment. This is particularly true in marine ecosystems. In fact, several biomonitoring frameworks in the world used mollusks since several decades on the base of contaminant accumulation (Mussel Watch, ROCCH) and/or biological responses called biomarker (OSPAR) measurements. In freshwater systems, zebra and quagga mussels could represent alternative sentinels, which could be seen as the counterparts of mussel marine species. This chapter presents original studies and projects underlying the interest of these freshwater mussels for water quality monitoring based on contaminant accumulation and biomarker development measurements. These sentinel species could be used as a tool for chemical/biological monitoring of biota under the European water framework directive and for the development of effect-based monitoring tools

Utilisation d'invertébrés aquatiques pour la surveillance des milieux aquatiques : Utilisation d'invertébrés aquatiques pour évaluer la qualité sanitaire des masses d'eau

L’eau peut abriter de nombreux pathogènes pour l’Homme, incluant les virus, les bactéries, mais également les parasites. C’est le cas notamment pour des protozoaires tels que Cryptosporidium spp. et Toxoplasma gondii, clairement identifiés comme des priorités de santé publique. La détection de protozoaires est difficile. D’une part, elle nécessite la filtration de grands volumes d’eau. D’autre part, on ne sait pas obtenir des résultats suffisamment fiables et robustes dans un contexte de surveillance. De par leur capacité de filtration et/ou leur rôle dans le transfert au sein des réseaux trophiques, les invertébrés peuvent donc représenter une voie importante de dissémination des oocystes dans les milieux aquatiques. L'étude de faisabilité "inquasan3 est une étape préliminaire indispensable au développement de cette nouvelle démarche

Approaching a closer surrogate for the biologically effective dose with subcellular partitioning-based toxicokinetic models

International audienceA general concept in risk assessment is that a threshold of exposure exists above which adverse effects are initiated. Toxicity is related to the target-site concentration or the biologically active dose. Although it is often a huge challenge to measure the specific dose metric of metal toxicity, significant progress has been obtained to approach closer to the target-site concentration. Such developments are reviewed in the present study. In addition, a general framework to simulate the subcellular metal partitioning, which is supposed to account for the internal metal sequestration, is developed and applied to various metals. The framework allows for delineating mechanisms of internal metal sequestration. Moreover, the specificity in these mechanisms, which varies among metals, species, and exposure conditions, might explain the complicated relationship between the internal concentration and metal toxicity. Attention should be paid to the data requirements as the high number of unknown parameters might be accompanied by potential uncertainties. In addition, future efforts should focus on linking the concentration of metals in sensitive fractions and toxicological effects

Évolution temporelle des études qualitatives et quantitatives de la qualité de l’environnement aquatique

Depuis longtemps les hommes se sont préoccupés de la qualité de leur environnement, en particulier en milieu urbain. Cependant, c’est seulement à partir de la fin du XIXe siècle que des essais qualitatifs et quantitatifs de l’estimation de l’état de santé de l’environnement ont été mis au point. Il est assez instructif de voir l’évolution temporelle des polluants retenus dans les préoccupations humaines et dans les études menées par les scientifiques. De même, nous pouvons suivre au cours du temps une évolution des milieux prioritairement étudiés. Par ailleurs, la quantification de la qualité des milieux aquatiques a débuté par des mesures des polluants dans les eaux. Ensuite les scientifiques ont pris en compte le compartiment sédimentaire, soit les sédiments déposés au fond des rivières et des mers, soit les particules en suspension dans les eaux. La troisième étape de quantification de la qualité de l’environnement aquatique a consisté à prendre comme outil les organismes vivants, soit comme « bioindicateurs » par leur présence ou absence du milieu, soit comme « bioaccumulateurs » par la capacité qu’ont certaines espèces à concentrer très fortement certains polluants. L’état actuel vise à utiliser des molécules synthétisées normalement par les organismes mais à des taux variables ou des molécules exceptionnellement présentes dans les cellules de l’organisme en présence de polluants dans leur milieu ; ce sont les « biomarqueurs ».Geffard Alain, Amiard Jean-Claude. Évolution temporelle des études qualitatives et quantitatives de la qualité de l’environnement aquatique. In: Côtes et estuaires : milieux naturels. Actes du 124e Congrès national des sociétés historiques et scientifiques, « Milieu littoral et estuaires », Nantes, 1999. Paris : Editions du CTHS, 2002. pp. 177-189. (Actes du Congrès national des sociétés savantes, 124

Biological responses of aquatic organisms and assessment water contamination and ecotoxicity

International audienc

Consequences of lower food intake on the digestive enzymes activities, the energy reserves and the reproductive outcome in Gammarus fossarum.

Digestive enzyme activity is often used as a sensitive response to environmental pollution. However, only little is known about the negative effects of stress on digestive capacities and their consequences on energy reserves and reproduction, although these parameters are important for the maintenance of populations. To highlight if changes in biochemical responses (digestive enzymes and reserves) led to impairments at an individual level (fertility), Gammarus fossarum were submitted to a lower food intake throughout a complete female reproductive cycle (i.e. from ovogenesis to offspring production). For both males and females, amylase activity was inhibited by the diet stress, whereas trypsin activity was not influenced. These results underline similar sensitivity of males and females concerning their digestive capacity. Energy reserves decreased with food starvation in females, and remained stable in males. The number of embryos per female decreased with food starvation. Lower digestive activity in males and females therefore appears as an early response. These results underline the ecological relevance of digestive markers, as they make it possible to anticipate upcoming consequences on reproduction in females, a key biological variable for population dynamics

Influence of molting and starvation on digestive enzyme activities and energy storage in Gammarus fossarum.

Among the many biological responses studied in ecotoxicology, energy-based biomarkers such as digestive enzyme activities and energy reserves appear to be useful predictive tools for detecting physiological disturbances in organisms. However, the use of these biological responses as biomarkers could be limited by the effects of confounding factors (biotic and abiotic) and physiological processes, such as the reproductive cycle. Thus, the optimal use of these biomarkers will be facilitated by understanding the effects of these factors on the energy metabolism of the sentinel species being studied. We considered abiotic factors (temperature and conductivity) in a previous study, whereas the present study investigated the effects of gender, the female reproductive stage, and food availability on the digestive enzyme activities and energy storage of Gammarus fossarum. The results indicated that, during the female reproductive cycle, the activities of digestive enzymes (amylase, cellulase, and trypsin) decreased significantly, whereas the levels of reserves (proteins, lipids, and sugar) increased until the last premolt stage. Restricted food diets only led to decreased amylase activities in both sexes. Food starvation also induced a decrease in the energy outcomes in females, whereas there were no effects in males. In general, the biochemical (digestive enzyme activities) and physiological (energy reserves) responses were more stable in males than in females. These results support the use of males fed ad libitum to limit the effects of confounding factors when using these energy biomarkers in Gammarus fossarum during biomonitoring programs

Potentiel informatif des réponses enzymatiques digestives dans l'évaluation des effets d'un stress toxique sur l'état physiologique des invertébrés aquatiques (étude de cas chez un bivalve d'eau douce)

La moule zébrée Dreissena polymorpha constitue une espèce sentinelle intéressantes en raison de traits bioécologiques (e.g. régime filtreur, mode de vie sessile, large aire de répartition) autorisant une utilisation pratique de cet organisme dans la surveillance de différents types d'hydrosystèmes (de Lafontaine et al., 2000). Les nombreuses études menées sur la dreissène ont d'ailleurs permis de développer depuis une dizaine d'années un ensemble de marqueurs biologiques destinés à évaluer l'impact des diverses activités anthropiques (activités agricoles, domestiques et industrielles) sur la qualité des milieux aquatiques. Ces biomarqueurs constituent des paramètres biologiques individuels (ou infra-individuels) dont la modulation par rapport à une valeur de référence est révélatrice d'une exposition, présente ou passée, à un ou plusieurs contaminants de l'environnement (e.g. pesticides, métaux lourds) (Lagadic et al., 1997a). Souvent associés à des mécanismes de défense de l'organisme (e.g. système de défense antioxydant, système de détoxication des métaux), les marqueurs usuels ne permettent toutefois pas d'évaluer concrètement les effets d'un stress toxique sur la " fitness " d'un individu (i.e. fécondité, survie) et au-delà sur le maintien de sa population (Forbes et al., 2006). La caractérisation de marqueurs génétiques associés au métabolisme énergétique pourrait constituer une solution potentielle à cet écueil dans la mesure où les fonctions d'entretien et de reproduction d'un individu sont sous l'étroite dépendance de sa capacité à exploiter les ressources alimentaires disponibles dans son milieu. L'étude de biomarqueurs énergétiques potentiels tels que les réponses enzymatiques digestives pourrait dès lors constituer une approche intéressante à développer dans le cadre de stratégies de biosurveillance multimarqueurs (Lagadic et al., 1994 ; De Coen et al., 1998b). Le prrésent travail de thèse a eu ainsi pour principal objectif d'analyser l'intérêt informatif potentiel des réponses enzymatiques digestives de la dreissène dans l'évaluation des risques associés à la présence de contaminants dans les milieux aquatiques.The zebra mussel Dreissena polymorpha is a useful sentinel species because of bio-ecological traits (e.g. filtering activity, sessile lifestyle, range-wide distribution) allowing practical use of this organism for monitoring of various types of water systems (de Lafontaine et al., 2000). The numerous studies led on the zebra mussel allowed to develop, over the last ten years, a set of biomarkers to assess the impact of various human activities (agricultural, domestic and industrial ones) on the quality of aquatic environments. These biomarkers are individual (or infra-individual) biological parameters whose variation from a reference value is indicative of an exposure, past or present, to one or several environmental contaminants (e.g. pesticides, heavy metals) (Lagadic et al., 1997a). Often associated with individual defense systems (e.g. antioxydant defense system, metal detoxication system) 'core' biomarkers do not allow, however, to effectively assess the impacts of toxicants on individual " fitness " (i.e. fecundity, survival) and beyond, on the maintenance of population (Forbes et al., 2006). Characterization of generic markers associated with energy metabolism could be a potential solution to this problem since the maintenance and reproduction functions of an individual are closely related to its ability to exploit food resources. The study of potential energy biomarkers such as digestive enzyme responses could therefore be an interesting approach to develop as part of multimarker biomonitoring studies (Lagadic et al., 1994 ; De Coen et al., 1998b). The main objective of the present PhD thesis was to analyze the potential informative interest of zebra mussel's digestive enzyme responses in evaluating the potential risks associated with the presence of contaminants in aquatic environnments.REIMS-SCD-Bib. electronique (514549901) / SudocSudocFranceF