Diatom teratologies as biomarkers of contamination: Are all deformities ecologically meaningful?

Contaminant-related stress on aquatic biota is difficult to assess when lethal impacts are not observed. Diatoms, by displaying deformities (teratologies) in their valves, have the potential to reflect sub-lethal responses to environmental stressors such as metals and organic compounds. For this reason, there is great interest in using diatom morphological aberrations in biomonitoring. However, the detection and mostly the quantification of teratologies is still a challenge; not all studies have succeeded in showing a relationship between the proportion of abnormal valves and contamination level along a gradient of exposure. This limitation in part reflects the loss of ecological information from diatom teratologies during analyses when all deformities are considered. The type of deformity, the severity of aberration, species proneness to deformity formation, and propagation of deformities throughout the population are key components and constraints in quantifying teratologies. Before a metric based on diatom deformities can be used as an indicator of contamination, it is important to better understand the “ecological signal” provided by this biomarker. Using the overall abundance of teratologies has proved to be an excellent tool for identifying contaminated and non-contaminated environments (presence/absence), but refining this biomonitoring approach may bring additional insights allowing for a better assessment of contamination level along a gradient. The dilemma: are all teratologies significant, equal and/or meaningful in assessing changing levels of contamination? This viewpoint article examines numerous interrogatives relative to the use of diatom teratologies in water quality monitoring, provides selected examples of differential responses to contamination, and proposes solutions that may refine our understanding and quantification of the stress. This paper highlights the logistical problems associated with accurately evaluating and interpreting teratologies and stimulates more discussion and research on the subject to enhance the sensitivity of this metric in bioassessments

Evaluation de l'impact d'une contamination chronique par micropolluants sur les communautés de diatomées d'un petit cours d'eau Vosgien

National audienceLa Cleurie est un petit cours d’eau Vosgien marqué dès l’amont par une contamination chronique par un complexe de micropolluants dominé par le glyphosate et son principal produit de dégradation, l’acide aminométhylphosphonique (AMPA). Une station de mesure du programme de Surveillance mis en place pour l’application de la Directive Cadre sur l’Eau est située au milieu de son cours et montre depuis plusieurs années la présence de déformations sur les diatomées. C’est dans ce contexte qu’une étude préliminaire a été mise en place pour évaluer la pertinence du suivi des déformations observables in situ chez les diatomées comme potentiel indicateur pour ce type de contamination. Après quelques campagnes prospectives pour identifier les stations d’étude pertinentes, un programme d’études des diatomées accompagné de physico-chimie a été défini pour évaluer l’impact de cette contamination sur les cortèges d’espèces présents et la réaction des indicateurs traditionnels. 7 campagnes d’analyses ont ainsi été réalisées sur les 6 sites retenus. Les échantillons de diatomées ont été prélevés, traités et analysés selon la norme NF T90-354 (2016) en vue du calcul d’indices diatomiques. En parallèle, l’espèce concernée, le type et l’intensité des déformations observées sur les diatomées lors du comptage ont été relevés.Sur les données obtenues, l’Indice Biologique Diatomées (IBD) et l’Indice de Polluosensibilité Spécifique (IPS) montrent une réaction nette à la contamination, suivie d’une récupération du milieu vers l’aval. Cette sensibilité des indices semble néanmoins moins liée à la toxicité des contaminants qu’au phosphore introduit dans le milieu en parallèle de ceux-ci. La dégradation microbienne de l’AMPA ajoute également in fine des phosphates inorganiques au milieu. La présence et l’intensité des déformations observées sur les diatomées semblent également marquer nettement la présence des contaminants. Toutefois, leur abondance relativement faible lors des comptages nécessite l’investigation plus exhaustive de ces formes dans les échantillons afin de disposer de suffisamment de données pour évaluer leur pertinence pour le développement d’un indicateur

38ème colloque de l'Association des Diatomistes de Langue Française (ADLaF) : Programme et livre des résumés

International audienc

Reconnaissance automatique des diatomées : évaluation de l’influence des erreurs d’identification sur l’IBD et de l’état écologique des cours d’eau. Exemple du bassin Rhin-Meuse

International audienceLa reconnaissance automatique des diatomées à partir d’images est en plein développement. L’un des avantages de cette approche mathématique est de pouvoir quantifier systématiquement l’incertitude associée à l’identification de chacun des individus observés au microscope. L’objectif de cette présentation est de fournir les premiers résultats d’un travail réalisé à l’échelle du bassin Rhin-Meuse : après avoir quantifier les erreurs d’identification réalisées par la machine, nous avons évalué comment celles-ci influencent la classification de l’état écologique des rivières, à travers le calcul de l’Indice Biologique Diatomées (IBD).Pour entrainer l’algorithme, une base d’images individuelles a été constituée à partir des guides taxonomiques numérisés en libre accès (« atlas »). A ce jour, cette base regroupe près de 15 000 images représentatives de 197 espèces communes du bassin Rhin-Meuse. En moyenne, le taux d’erreur d’identification a atteint 6%, quelle que soit l’espèce considérée. Sur les 197 espèces, 113 ont toujours été correctement identifiées. Pour les 84 espèces restantes, le taux d’erreur moyen était de 20%.Pour évaluer la propagation de ces erreurs d’identification sur la classification de l’état écologique via le calcul de l’IBD, 100 000 inventaires floristiques réalistes ont été simulés, dans lesquels des erreurs d’identification ont été introduites en se basant sur les performances de l’algorithme. Les variations de valeur de l’IBD suite à ces erreurs ont alors été calculées pour chacun des inventaires. Pour un taux d’erreur d’identification de 20%, les changements d’état écologique de la masse d’eau considérée n’ont concerné que 2% des cas.Ces premiers résultats sont encourageants, confirmant que ce type d’approche devrait permettre de répondre aux critères d’exigence imposée par la Directive Cadre sur l'Eau en termes de « confiance » et de « précision » dans le cadre de l’évaluation de l’état écologique des masses d’eau

Link between glyphosate exposure and teratological forms in freshwater benthic diatoms

International audienceThe Water Framework Directive stipulates that water bodies must achieve “good ecological status” in the EU. Although many indicators exist, they are not always able to reveal the subtle effects of low episodic pressure over long exposure times. Itis therefore essential to develop early warning indicators of the surface water quality. For this purpose, the study of phototrophic biofilms seems particularly relevant because of their major role in aquatic ecosystems. The Cleurie river (Vosges, North-eastern France) constitutes an ideal study site for testing the sensitivity ofindicators and their relevance in the WFD context. Due to industrial activities (textiles), this forested headwater stream is exposed to a complex cocktail of molecules characterized by relatively high concentrations of glyphosate (i.e close to environmental quality standards) and aminomethylphosphonic acid (AMPA), its main degradation product but also dyes and optical brighteners. A preliminary study on the watercourse indicates that teratological forms in the diatoms seem to be more abundant downstream of the discharges. The purpose of this study was to determine if the deformities of benthic diatoms would constitute an early and more sensitive marker than the traditional structural indices. In this context, our objective was to estimate in situthe ecotoxic potential of this complex contamination on the diatoms morphology and to identify if these effects can be related to the release of glyphosate and AMPA in the Cleurie river. For this purpose, diatom community structure, presence of deformations and water physicochemistry were monitored on five sampling sites along the river, at seven occasions along the year. In parallel to this field approach, bioassays were performed in 96-well microplates to evaluate the toxicity of glyphosate and AMPA on diatoms under standardized conditions. Short-term (7 days) exposure of the model species Nitzschia paleawas conducted to determine the concentrations of contaminants inhibiting 5, 10 and 50% of their growth (IC5, IC10 and IC50 values). These concentrations and an environmental concentration were then used to expose diatoms under semi-static conditions for 28 days to assess the teratogenic potential of glyphosate and AMPA on diatom morphology. In both experiments, observed deformations were analysed qualitatively (type of deformations) and quantitatively (relative abundance, severity) using morphometric measurements

Link between glyphosate exposure and teratological forms in freshwater benthic diatoms

International audienceThe Water Framework Directive stipulates that water bodies must achieve “good ecological status” in the EU. Although many indicators exist, they are not always able to reveal the subtle effects of low episodic pressure over long exposure times. Itis therefore essential to develop early warning indicators of the surface water quality. For this purpose, the study of phototrophic biofilms seems particularly relevant because of their major role in aquatic ecosystems. The Cleurie river (Vosges, North-eastern France) constitutes an ideal study site for testing the sensitivity ofindicators and their relevance in the WFD context. Due to industrial activities (textiles), this forested headwater stream is exposed to a complex cocktail of molecules characterized by relatively high concentrations of glyphosate (i.e close to environmental quality standards) and aminomethylphosphonic acid (AMPA), its main degradation product but also dyes and optical brighteners. A preliminary study on the watercourse indicates that teratological forms in the diatoms seem to be more abundant downstream of the discharges. The purpose of this study was to determine if the deformities of benthic diatoms would constitute an early and more sensitive marker than the traditional structural indices. In this context, our objective was to estimate in situthe ecotoxic potential of this complex contamination on the diatoms morphology and to identify if these effects can be related to the release of glyphosate and AMPA in the Cleurie river. For this purpose, diatom community structure, presence of deformations and water physicochemistry were monitored on five sampling sites along the river, at seven occasions along the year. In parallel to this field approach, bioassays were performed in 96-well microplates to evaluate the toxicity of glyphosate and AMPA on diatoms under standardized conditions. Short-term (7 days) exposure of the model species Nitzschia paleawas conducted to determine the concentrations of contaminants inhibiting 5, 10 and 50% of their growth (IC5, IC10 and IC50 values). These concentrations and an environmental concentration were then used to expose diatoms under semi-static conditions for 28 days to assess the teratogenic potential of glyphosate and AMPA on diatom morphology. In both experiments, observed deformations were analysed qualitatively (type of deformations) and quantitatively (relative abundance, severity) using morphometric measurements