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Exposition aux contaminants
L’écotoxicologie évalue, entre autres, le risque encouru par les populations et communautés naturelles occupant des milieux contaminés par des substances polluantes. La prise de conscience de l’impact à long terme des polluants sur les populations exposées apporte à cette démarche d’évaluation une dimension évolutive nouvelle. Difficiles à prédire, les éventuels processus évolutifs dépendent des mécanismes physiologiques et moléculaires de défense sollicités, de leurs interactions possibles, ainsi que de l’historique d’exposition de la population, de sa variabilité génétique et de son effectif.
Mésocosmes expérimentaux, des écosystèmes aquatiques miniatures pour étudier la restauration naturelle après contamination par un pesticide. (c) Inra
Sélection naturelle et environnement sous contrainte anthropique
L’écotoxicologie inclut, pour différents niveaux d’organisation biologique, la recherche de marqueurs d’exposition et d’effet, ainsi que la mise au point de modèles prédictifs.
À l’échelle des populations, l’intégration d’une dimension évolutive à ces questions de recherche est relativement récente et reflète la prise de conscience actuelle de l’impact à long terme de l’exposition chronique des organismes à des polluants, et des processus adaptatifs ou d’extinction qui peuvent se développer au fil des générations. Ces processus sont difficiles à prédire. Ils dépendent notamment des mécanismes physiologiques et moléculaires de défense sollicités, de leurs éventuelles interactions, de leur relation avec les traits liés à la valeur sélective, ainsi que de l’histoire d’exposition de la population, de sa variabilité génétique et de son effectif.
Pour un trait biologique donné, la réponse des organismes exposés peut relever de la plasticité préexistante pour ce caractère, et entrer dans la gamme des phénotypes exprimés en environnement "moyen" habituel (norme de réaction de référence), ou de façon alternative, être produite par effet sélectif sur la variation génétique (adaptation). Sous certaines conditions, la plasticité peut elle-même évoluer, si la contamination d’un milieu représente un changement brutal de l’environnement par rapport aux conditions régulièrement rencontrées, et peut conduire ensuite à une adaptation par assimilation génétique.
Si l’évolution d’une adaptation à un contaminant est en elle-même positive pour le génotype qui la porte, elle peut néanmoins avoir un impact écologique négatif (coût), par exemple lorsque les conditions environnementales redeviennent normales, en particulier si elle est corrélée négativement à d’autres caractères. De même, la baisse de diversité génétique accompagnant le processus d’adaptation à un polluant (ayant donc ici le rôle d’agent de sélection) a en théorie des conséquences négatives sur la capacité ultérieure des populations à faire face à d’autres perturbations environnementales, y compris d’origine naturelle.
À l’échelle évolutive, on peut s’attendre également à une moins bonne capacité de réponse à d’autres pressions de sélection.
Dans une démarche scientifique focalisée sur l’évolution des réponses populationnelles au stress, il est donc crucial de considérer les processus micro-évolutifs dus aux contaminants, et d’œuvrer à leur intégration aux futures procédures d’estimation du risque écotoxicologique. De même, les interactions entre polluants et forces évolutives telles que la dérive génétique au hasard, les systèmes de reproduction, la consanguinité, les flux de gènes, doivent pouvoir être prises en compte dans cette démarche.
Évolution et écotoxicologie : exemple du milieu aquatique
C’est dans ce contexte que s’inscrivent les travaux d’écotoxicologie évolutive menés au sein de l’équipe Écotoxicologie et qualité des milieux aquatiques (unité mixte de recherche Écologie et santé des écosystèmes, Inra de Rennes).
Actuellement, les objets d’étude sont des populations expérimentales d’un gastéropode d’eau douce, la limnée des étangs (Lymnaea stagnalis), exposées à des pesticides, dans des écosystèmes artificiels (mésocosmes extérieurs). Cette espèce est représentative des milieux d’eau douce lentiques, et son aire de répartition couvre globalement les régions paléarctiques et néarctiques. Elle est également un modèle largement utilisé en écotoxicologie. Les travaux de recherche concernent les composantes de la variance phénotypique (et leur évolution) au niveau de traits du cycle de vie et de traits impliqués dans la réponse au stress généré par les pesticides (activités enzymatiques, expression génique). L’objectif de ce travail préliminaire est d’estimer la part héritable de la variance. Ainsi, la plasticité des traits d’intérêt est décrite à l’échelle de familles, à l’origine des populations, exposées à différents traitements, de manière à identifier d’éventuelles interactions génotype-environnement. L’influence de cette exposition sur la norme de réaction des descendants (toujours à l’échelle des familles originelles et de leur descendance) vis-à-vis d’autres facteurs environnementaux, contrôlés au laboratoire (ressource alimentaire, compétition interindividuelle), est également étudiée, pour estimer l’interaction potentielle entre stress pesticide et environnement (est-ce que l’exposition à un environnement hors de la gamme habituellement rencontrée - le cocktail de pesticides régulièrement appliqué, conduit à une modification de norme de réaction vis-à-vis de facteurs plus "courants" ?).
Limnées © Inra, C. Maître
Enfin, la thématique "évolutive" de l’équipe d’écotoxicologie aquatique s’intéresse également à l’influence de la contamination par des pesticides sur le système de reproduction (auto/allofécondation) et en retour, de ce système sur la réponse des populations à la contamination. Pour ce faire, les structures génétiques et la dépression de consanguinité sont décrites et comparées entre populations expérimentales en fonction des traitements appliqués. Les hypothèses testées dans ce programme sont établies à partir des attendus théoriques de l’évolution des systèmes de reproduction. Dans le contexte particulier de l’exposition aux pesticides (potentiellement toxiques), on peut poser comme hypothèse que l’autofécondation peut être favorisée, au moins durant l’exposition. En effet, dans ces conditions, il est probable que l’organisme soit contraint d’allouer plus d’énergie qu’habituellement pour maintenir son homéostasie en présence de toxiques. L’autofécondation permet une reproduction à moindre coût, car elle ne nécessite pas de dépense énergétique pour la recherche de partenaire, ni pour la copulation (hypothèse de l’assurance de reproduction appliquée au contexte écotoxicologique). Ensuite, le devenir du système (autofécondation ou allofécondation pures, système mixte stable) va être conditionné par un ensemble d’autres facteurs, génétiques et écologiques.
Ces recherches sont menées actuellement dans le cadre de 2 programmes :
(1) GAELIC, APR INSU EC2CO "Écosphère Continentale et Côtière" 2007, Action thématique Cytrix ;
(2) EMERITAT, APR "Évaluation et Réduction des Risques liés à l'Utilisation des Pesticides" 2006 du MEEDDAT.
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Rédaction :
Marie-Agnès Coutellec & Mission communication
Contact scientifique :
Marie-Agnès Coutellec
Unité :
Écologie et santé des écosystèmes, centre Inra de Rennes
Département :
Écologie des forêts, prairies et milieux aquatiques
Date de création : 23 Novembre 2009
Date de dernière mise à jour : 09 Décembre 2009
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