La contamination métallique issue des activités humaines est l'une des principales menaces pour la biodiversité due à sa persistance et à ses effets nocifs sur les organismes. Comprendre comment les éléments traces métalliques (ETM) affectent la santé de la faune est essentiel pour anticiper leurs impacts sur la biodiversité, notamment dans les écosystèmes aquatiques, particulièrement exposés aux ETM. Ma recherche vise à étudier la dynamique et les impacts des ETM sur la santé des poissons et leurs réponses adaptatives, tout en tenant compte de leur susceptibilité aux pathogènes. Les Pyrénées sont une zone d'étude idéale puisqu’ils sont impactés à la fois par les activités minières historiques et par l’émergence d’un pathogène très virulent chez les salmonidés, responsable de la maladie rénale proliférative (PKD). Nous avons utilisé la truite fario (Salmo trutta) comme espèce modèle car elle est sujette à ce pathogène, est souvent utilisée pour étudier la contamination métallique et possède une grande valeur culturelle, économique et de conservation.
Pour évaluer (I) les sources et transfert des ETM de l’environnement (sol, biofilm, sédiment) aux poissons, et (II) les impacts des ETM sur la santé des poissons et leur susceptibilité à la PKD, j’ai mené une étude à grande échelle à travers 42 rivières le long de gradients naturels de pollution métallique et de prévalence du pathogène. (I) J’ai identifié des sources et des voies de contamination distinctes selon les métaux. Le cuivre (Cu) et l’arsenic (As) provenaient principalement des activités agricoles et s'accumulaient dans le biofilm tandis que le zinc (Zn) et le plomb (Pb) provenaient principalement des activités minières historiques et s'accumulaient dans le sol. De plus, la taille des particules du substrat sédimentaire influençait l'absorption du Cu et du Zn par les poissons, tandis que l'As et le Pb dans le poisson provenaient principalement du sédiment et du biofilm. Ensuite, (II) j'ai évalué les impacts des ETM sur la santé des poissons, et ai constaté que l’As augmentait la gravité des symptômes de la PKD, tandis que le cadmium (Cd) avait des effets immunosuppresseurs, soulignant leur rôle dans la susceptibilité aux maladies. Le Cu réduisait les réserves d'énergie, tandis que le sélénium (Se) améliorait la condition corporelle. Ces résultats montrent que la contamination métallique affecte la santé des poissons et modifie leur réponse aux pathogènes. (III) J’ai exploré les réponses adaptatives des poissons sauvages à l’exposition aux ETM via une expérience de transplantation réciproque en cages pendant deux semaines. Les poissons de rivières contaminées (HC) transplantés dans des rivières peu contaminées (LC) ont détoxifié rapidement l'As et le Pb, mais au prix de dommages génotoxiques. À l'inverse, les poissons des rivières LC transplantés en rivières HC ont accumulé rapidement l’As et Cd et ont subi des pertes lipidiques. Ces résultats soulignent l’adaptation des populations de truite fario, révélant les coûts à long terme de la vie dans des environnements contaminés. Enfin (IV), j'ai développé un outil non létal pour surveiller la contamination métallique chez les poissons. J'ai démontré que quelques μl de sang pouvaient refléter de manière fiable les niveaux de Cu, Zn, Se et Pb dans le poisson, offrant ainsi une méthode moins nocive pour surveiller les écosystèmes aquatiques, ce qui constitue une avancée importante pour la gestion environnementale.
Cette recherche améliore notre compréhension des sources, des voies de transfert et des impacts de la contamination métallique sur la santé des poissons sauvages et leur susceptibilité aux maladies. Elle souligne l’importance d’approches intégratives en écotoxicologie combinant études de terrain et expériences. Ce travail offre des perspectives sur les réponses adaptatives des poissons et leur résilience face aux changements, tout en développant des connaissances et des applications pour les futurs plans de gestion. |
Metal contamination from human activities is a major threat to biodiversity due to its persistence and harmful effects on wild organisms. Understanding how trace metals affect wildlife health is crucial to better anticipate their impacts on biodiversity, especially in aquatic ecosystems. This thesis investigated the dynamics and impacts of trace metal contamination on wild fish health and susceptility to an emerging pathogens, and their adaptive responses. To tackle such question, the Pyrenean mountains are an ideal study area as they are affected by the legacy of past mining and an emerging pathogen responsible for the Proliferative Kidney Disease (PKD) in brown trout (Salmo trutta). I conducted a large-scale study over 42 rivers across natural gradients of metal pollution and pathogen prevalence in the French Pyrenees to assess (I) the anthropogenic sources and transfer routes of trace metals from the environment (soil, biofilm, sediment) to fish, and (II) the impacts of these metals on fish health and susceptibility to PKD.
I identified (I) distinct contamination sources and pathways depending on the metal. Copper (Cu) and arsenic (As) mainly originated from contemporary agriculture and accumulated in biofilm. Zinc (Zn) and lead (Pb) primarily came from historical mining activities and accumulated in soil. Additionally, substrate particle size in sediment influenced Cu and Zn uptake in fish, while As and Pb in fish were linked to sediment and biofilm, regardless of particle size.
(II) I then evaluated the impacts of trace metals on fish health and found that As increased infection severity, while cadmium (Cd) had immunosuppressive effects, highlighting these metals' roles in disease susceptibility. In contrast, Cu reduced energy reserves, while selenium (Se) improved body condition, suggesting metal effects on fish energy management. These results demonstrate that metal contamination not only affects fish health but also modulates their response to pathogens.
(III) I explored adaptive response of wild fish to metal exposure through a reciprocal transplantation experiment in cages during two weeks. Fish from highly contaminated (HC) rivers were able to detoxify As and Pb when transplanted into low contaminated (LC) rivers, but at the cost of increased genotoxic damage. Conversely, fish from LC rivers rapidly accumulated As and Cd, and suffered lipid losses when transplanted to HC rivers. These findings underscore the adaptation of fish populations, while also highlighting the potential long-term costs of living in contaminated environments.
(IV) I developed a non-lethal monitoring tool to trace metal contamination in fish. I demonstrated that samples of blood reliably reflected the levels of Cu, Zn, Se, and Pb in fish, offering a practical and less harmful method to monitor aquatic ecosystems, which is an important step forward in environmental management.
Overall, this research enhances our understanding of the sources, transfer routes, and impacts of metal contamination on wild fish health and their disease susceptibility. It emphasizes the need for multifaceted approaches in ecotoxicology by combining large-scale field studies with semi-controlled experiments, providing a robust framework to understand how fish populations cope with metal contamination and environmental stressors. With this work, we hope to offer valuable insights into fish adaptive response and resilience to global change, while developing knowledge and potential applications for future management plans. |