Impact of chronic cadmium exposure at environmental dose on escape behaviour in sea bass (Dicentrarchus labrax L.; Teleostei, Moronidae).

peer reviewedThe effect of chronic exposure to a low concentration (0.5 microg l(-1)) of cadmium ions was investigated on escape behaviour of sea bass, Dicentrarchus labrax, using video analysis. Observations were also performed on the microanatomy of lateral system neuromasts. When fish were exposed for 4h per day over 8 days to the cadmium ions, most of both types of neuromasts observed remained intact. However, some of them presented damaged sensory maculae. Whereas before cadmium exposure, fish responded positively to nearly all the lateral system stimulations, after exposure they decreased by about 10% their positive responses to stimulations. From the 15th day after the beginning of cadmium exposure, neuromasts presented progressively less damage, cadmium accumulation in gills and scales decreased significantly and fish escape behaviour had recovered. This study presents a new concept in ecotoxicology: using behavioural change to reveal the effects of pollution levels, scarcely detectable by currently used techniques (physiological responses)

Impact of acute cadmium exposure on the trunk lateral line neuromasts and consequences on the "C-start" response behaviour of the sea bass (Dicentrarchus labrax L.; Teleostei, Moronidae).

Behavioural responses of sea bass Dicentrarchus labrax were investigated after exposure to cadmium ions in laboratory-controlled conditions. The aim of this study was to discover whether environmental exposure to cadmium ions inactivates fish lateral line system neuromasts, and to determine the behavioural consequences of such a sensory blockage. For this, fish escape behaviour in response to an artificial water jet was recorded using a 25-frames s(-1) analog video camera before and after cadmium exposure. Experimental set up was tested with fish whose lateral line system was artificially inactivated by antibiotics (gentamicin and streptomycin). Histological analyses with scanning electron microscopy showed antibiotic treatment destroyed lateral line system neuromasts. In addition, these fish did not respond to stimulations provoked by the water jet after antibiotic treatment. Fish escape behaviour was then recorded before and after cadmium exposure at two different concentrations. When fish were exposed to the first concentration of cadmium tested (0.5 microg l(-1), which represents the maximal cadmium concentration encountered in contaminated estuaries), no alteration in neuromast tissue was observed. In addition, before cadmium exposure, fish responded positively in 98.41 +/- 4.95% of lateral line system stimulations (escape behaviour in response to the water jet). After cadmium exposure, no behavioural modification could be detected: the fish responded positively in 95.16 +/- 9.79% of stimulations (chi(2) = 2.464, p = 0.116). In contrast, the high cadmium concentration used (5 microg l(-1), which represents 10 times the concentration occurring in highly polluted estuarine areas) involved severe neuromast tissue damage. Just after such cadmium exposure, fish showed only 41.67 +/- 35.36% of positive responses to their lateral line system stimulations, while they responded positively in 95.93 +/- 9.10% of stimulations under control conditions (chi(2) = 24.562, p < 0.0001). Their lateral line system neuromasts seemed to regenerate about 1 month after cadmium exposure. Associated with this regeneration, from the 21st day after cadmium exposure, their escape behaviour had recovered and was not significantly different from that recorded under control conditions (86.74 +/- 20.82%, chi(2) = 2.876, p = 0.090). This study shows that although 5 microg l(-1) cadmium is able to damage lateral line system neuromasts and causes fish behavioural alterations, fish exposed to 0.5 microg l(-1) cadmium displayed neither tissue neuromast nor behavioural modification.Peer reviewe

Trace elements in invertebrates and fish from Kerguelen waters, southern Indian Ocean

International audienceGiven the lack of background data on essential and non-essential trace elements in invertebrates and fish known to be the predominant prey of marine mammals and seabirds breeding at the Kerguelen Islands, this study intends to provide these results of great influence for predators in higher trophic levels. To this end, plankton organisms (9 species/4 phyla), mollusks (2 bivalves and 2 squid species) and fishes (8 benthic and 10 pelagic species) from Kerguelen waters were analysed for cadmium (Cd), copper (Cu), mercury (Hg), and zinc (Zn). Individual concentrations of non-essential elements (particularly Cd) showed larger variation in comparison with essential ones due to homeostasis. Cd ranged over 4 orders of magnitude; however, Hg ranged only 1, without significant correlation to trophic level. Instead, ecological parameters (benthic/mesopelagic habitat and feeding ecology) showed a more important influence on the results. Concerning seashore organisms, bivalves collected inside the Gulf of Morbihan had higher Cd concentrations compared to those from the Kerguelen shelf, suggesting a local source of Cd, such as runoff water from bird colonies. Comparison with literature showed metal concentrations in invertebrates and fishes from Kerguelen Islands somewhat lower than in the Antarctic area, with Hg prevailing in benthic species and Cd in pelagic ones. In contrast to Hg, Cd values of squids, jellyfish and the amphipod Themisto gaudichaudii were significantly higher than all other species. Finally, top predators foraging in this area that can be subject to potentially high Hg and Cd exposure through their diet at Kerguelen are reviewed

Ocean acidification and temperature rise: effects on calcification during early development of the cuttlefish Sepia officinalis

This study investigated the effects of seawater pH (i.e., 8.10, 7.85 and 7.60) and temperature (16 and 19 °C) on (a) the abiotic conditions in the fluid surrounding the embryo (viz. the perivitelline fluid), (b) growth, development and (c) cuttlebone calcification of embryonic and juvenile stages of the cephalopod Sepia officinalis. Egg swelling increased in response to acidification or warming, leading to an increase in egg surface while the interactive effects suggested a limited plasticity of the swelling modulation. Embryos experienced elevated pCO2 conditions in the perivitelline fluid (>3-fold higher pCO2 than that of ambient seawater), rendering the medium under-saturated even under ambient conditions. The growth of both embryos and juveniles was unaffected by pH, whereas 45Ca incorporation in cuttlebone increased significantly with decreasing pH at both temperatures. This phenomenon of hypercalcification is limited to only a number of animals but does not guarantee functional performance and calls for better mechanistic understanding of calcification processes

Effet de la température à différents niveaux organisationnels sur le fonctionnement du myocarde (répercussions sur les performances adaptatives des poissons)

Les poissons s'adaptent aux variations thermiques de leur habitat par des ajustements comportementaux et physiologiques. Cette étude a évalué l'effet de la température environnementale sur la fonction cardiaque de téléostéens à l'échelle cellulaire et tissulaire. L'activité calcique des cardiomyocytes a été obtenue après différentes stimulations: hyperpotassique, isoprénaline-Iso, acétylcholine-Ach et caféine. La contractilité myocardique a été évaluée en mesurant force, durées et vitesses de contraction et de relaxation de portions tissulaires, après une stimulation électrique à différentes fréquences. Quatre lots de bars et de soles acclimatés pendant quatre semaines respectivement à 10, 15, 20, 25ʿC et 6, 12, 18, 24ʿC ont été utilisés. Entre 6 et 25ʿC, la quantité de calcium mobilisé après la stimulation hyperpotassique augmente de 219% chez le bar et de 71% chez la sole. Force et vitesses de contraction et de relaxation myocardiques s'élèvent avec la température. Le stock calcique du reticulum sarcoplasmique-RS est plus important à 24-25ʿC (+255% chez le bar et +45% chez la sole). Bars et soles développent des réponses cardiaques similaires à celles des téléostéens les plus actifs: plus de 50% du calcium nécessaire à la contraction provient du RS chez le bar à 10ʿC et la sole à 18-24ʿC ; à 18-25 ʿC, la contraction myocardique augmente entre 0.2 et 1.2 Hz. L'activité cardiaque du bar et de la sole serait très efficace au voisinage de leur optimum thermique mais pour des rythmes cardiaques modérés (12-72 bpm). L'étude des voies de la régulation cardiaque a révélé de nombreuses différences interspécifiques. Passé son optimum thermique, les performances cardio-vasculaires de la truite fario se stabilisent. Mais pour des rythmes de contraction élevés (85-95 bpm), cette espèce développe de graves pathologies cardiaques. Les réponses cardiaques dépendent de la pression exercée par l'ensemble des facteurs environnementaux: la température mais aussi la salinité.LA ROCHELLE-BU (173002101) / SudocSudocFranceF

Etude de la bioaccumulation des métaux dans quelques espèces marines tropicales (recherche de bioindicateurs de contamination et application à la surveillance de l'environnement côtier dans le lagon sud-ouest de la Nouvelle-Calédonie)

Le travail présenté s'inscrit dans le cadre de l'élaboration d'outils biologiques permettant la surveillance de la qualité chimique du milieu côtier lagonaire en Nouvelle-Calédonie. Celui-ci a un double objectif : i) identifier un ensemble d'espèces macrobenthiques lagonaires susceptibles d'être utilisables en tant que bioindicateurs de contamination de l'environnement côtier par certains métaux, et ii) en utilisant conjointement ces espèces, dresser un premier bilan des apports en métaux présents sous formes dissoutes et particulaires biodisponibles dans différents sites côtiers. Dans une première étape, une étude bibliographique de la biodiversité littorale en Nouvelle-Calédonie a été effectuée afin de dresser une première liste des espèces lagonaires les plus communément rencontrées. Des prospections in situ sur un ensemble d'environ quatre vingt-dix stations réparties dans quatre sites soumis à des apports terrigènes ou anthropiques ainsi que dans deux sites de référence relative ont ensuite été réalisées. A partir des inventaires biologiques établis et sur la base de différents critères écologiques, dix espèces relativement communes et présentant des modes de vie et des régimes alimentaires variés ont été sélectionnées : les macroalgues Lobophora variegata (Phaeophyta), Halimeda incrassata, Halimeda macroloba, Caulerpa taxifolia, et Caulerpa sertularioides (Chlorophyta), les bivalves Gafrarium tumidum (Veneridae), Isognomon isognomon (Isognomonidae) et Hyotissa hyotis (Gryphaeidae), l'échinoderme Holothuria (Halodeima) edulis (Holothuridae) et l'octocoralliaire Sarcophyton sp. (Alcyonidae). Dans une seconde étape, les concentrations en Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni et Zn présentes dans les tissus mous in toto de ces espèces ont été mesurées. L'étude des niveaux atteints et de la variabilité géographique de ces concentrations chez chaque espèce a permis d'établir que la plupart de ces espèces semblent être de bons candidats en tant que bioindicateurs, à l'exception toutefois de l'algue Halimeda macroloba et du bivalve Hyotissa hyotis. Les espèces les plus prometteuses sont l'algue Lobophora variegata et le bivalve Isognomon isognomon. L'utilisation conjointe de ces espèces a révélé une contamination des deux baies anthropisées par Cu, Mn, Ni, Zn et dans une moindre mesure Co, Cr et Fe pour l'une (baie de la Grande Rade) et par Cu et Zn pour l'autre (baie de Sainte-Marie). La présence d'importants apports biodisponibles en Co, Cr, Fe et Ni a également été détectée dans les deux baies estuariennes sous influence terrigène (baies de Dumbéa et de Boulari).LA ROCHELLE-BU (173002101) / SudocSudocFranceF

Modélisation de la bioturbation et de ses conséquences sur les flux de remise en suspension des sédiments cohésifs en baie de Marennes-Oléron

La remise en suspension des sédiments cohésifs est connue pour engendrer un accroissement des niveaux de turbidité et de biomasse chlorophyllienne de la colonne d'eau. Ce processus, déterminé par les facteurs hydrosédimentaires, est également modulé par les activités de bioturbation dues à la macrofaune benthique. L'objectif de cette étude était de développer un modèle de bioturbation sous influence des fluctuations environnementales des propriétés de l'interface eau/sédiment. Ce modèle déterministe permet de simuler les effets des deux espèces dominantes sur les vasières de la baie de Marennes-Oléron : le gastéropode Hydrobia ulvae et le bivalve Scrobicularia plana. Le gastéropode H. ulvae contribue à former une "matrice biogénique" par une création de traces alors que le bivalve S. plana y participe par une production de pseudofécès. Ces deux processus ont été modélisés sur la base de résultats expérimentaux et pris en compte dans un modèle 1DV de transport sédimentaire pour simuler la succession de deux phases d'érosion : (1) celle de la " matrice biogénique " et (2) celle du lit de sédiment. Les variables forçantes du modèle sont la densité des animaux, la durée de bioturbation et la teneur en eau. Le développement microphytobenthique est un autre facteur essentiel à intégrer. Les concepts du modèle ont été testés sur la vasière de Montportail-Brouage lors d'expériences in situ. Les processus de dessiccation et le développement microphytobenthique régulent les activités de bioturbation, dont la participation à l'érodabilité varie alors selon la saison. Les populations naturelles de S. plana ont un impact majeur sur l'érodabilité des sédiments de la haute slikke. Aucun effet biostabilisateur dû au microphytobenthos n'a été obtenu alors que le statut physiologique du biofilm détermine sa propre érosion. Cette étude des processus benthiques et l'utilisation du modèle peuvent permettre d'améliorer la compréhension du fonctionnement des vasières intertidales.Resuspension of sediment top layers is known to enhance both water turbidity and planktonic biomass of water colulmn. This process is primarily governed by hydrosedimentary factors but is also controlled by biological activities, namely bioturbation. The aim of this study is to provide a model of bioturbation under influence of rapidly varying features of the sediment-water interface. A deterministic model has been developed to reproduce experimental results which were obtained in flume with the two dominant species on mudflats of the bay of Marennes-Oléron : the gastropod Hydrobia ulvae and the bivalve Scrobicularia plana. H. ulvae creates a biogenic fluff layer by forming tracks while S. plana contribution is ensured by biodeposit production and especially pseudofaeces. Both processes have been modelled and incorporated into a 1DV model of sediment transport to reproduce the observed succession in time of the biogenic fluff layer and bed erosion phases. Forcing variables of the model are animal density, bioturbation time and sediment water content. The microphytobenthic development has also been found to decrease the intensity of bioturbation activities in laboratory. The relevance of macrofauna effects on bed erodability through the materialisation of a biogenic fluff layer has been verified over the Montportail-Brouage mudflat. A major impact of S. plana has been found on the upper parts of the mudflat in agreement with laboratory studies and model predictions. In this study, stabilising effects of fine-grained sediments due to microphytobenthos took place neither in laboratory nor in the field. Interestingly, this model is reliable to quantify the consequences of bioturbation activities on sediment resuspension under various natural conditions. The outcomes are expected to be very important for sediment transport as well as trophic web studies since bioturbation activities have been found to emphasise the chl a supply towards the water column.LA ROCHELLE-BU (173002101) / SudocSudocFranceF

Accumulation, distribution, transformation et élimination par certains organismes marins côtiers d'un agent tensioactif anionique (le sulfonate d'alkylbenzene linéaire (LAS))

LAS (Linear alkylbenzene Sulfonate) represent the group of synthetic surfactants that is most wide spread in detergent formulation and is used in most household (cleaning?) products. With more than one million tonnes produced annually, surfactants are largely disposed of in waste water and have been discharged into the aquatic environment with effluent for over 40 years. The fate of LAS in the marine environment is not well understood and the risk for organisms is thought to be negligible. Before drawing a contamination map of Mediterranean coasts by using existing biomonitoring programs, it is necessary to understand how marine species deal with LAS. This focus of this thesis is on characterising LAS bioaccumulation and elimination kinetics under controlled laboratory conditions, for organisms representative of the North-Occidental Mediterranean coast. Tested species come from different trophic levels: 5 species of microalgae, the Mediterranean mussel Mytilus galloprovincialis and the sea bream Sparus aurata. Results show LAS accumulation in all organisms exposed to natural concentration observed in the environment (< 10 g l-1). Accumulation varies according to biotic (weight or physiological stat of organisms) and abiotic (temperature or exposure concentration). LAS are accumulated heterogeneously in organs and mainly in visceral mass or gall bladder. Whatever the contamination pathway (food or waterborne exposure) elimination from the body is fast when animals are placed in normal conditions.LA ROCHELLE-BU (173002101) / SudocSudocFranceF