Les changements globaux sont aujourd’hui une réalité et les activités humaines à l’origine de ces bouleversements tendent à augmenter avec par exemple l’utilisation toujours plus importante de produits chimiques. Les pollutions résultantes peuvent alors avoir un fort impact sur les écosystèmes, en particulier ceux d’eaux douces de surface.Cette thèse a d’abord montré au travers d’un échantillonnage à haute fréquence d’une rivière typiquement méditerranéenne (la Têt), lors d’un évènement pluvieux intense caractéristique, que des phénomènes de multicontaminations ont lieu avec la présence dans les eaux naturelles de sels nutritifs, éléments trace métalliques, pesticides et produits pharmaceutiques entre autres. Ces phénomènes de contaminations multiples sont principalement liés aux débordements du réseau urbain d’évacuation des eaux qui ont lieu au travers des débordements de déversoirs d’orage. Cette étude a également montré, grâce à l’utilisation de la nouvelle technique de séquençage haut-débit MiSeq, que les changements dans les diversités structurelles des communautés bactériennes aquatiques de la matière en suspension évoluent principalement en fonction de l’hydrodynamique de la rivière, les plus fortes dissimilarités entre les communautés s’observant lors du pic de débit. Les paramètres physico-chimiques environnementaux ont également un impact majeur sur la structure des communautés, ce qui pourrait amener suite à l’exploration des taxons bactériens associés à une dynamique de contaminations caractéristiques, à la découverte de biomarqueurs spécifiques de ces phénomènes. / Global changes cannot be ignored nowadays and human activities causing these disruptions tend to increase with, for example, the growing use of chemicals. The resulting pollution can then have a strong impact on ecosystems, in particular those of fresh surface waters.This thesis first showed through a high-frequency sampling of a typically Mediterranean river (the Têt River), during a characteristic intense rainy event, that multicontaminations occur with the presence in natural waters of nutrients, trace metals, pesticides and pharmaceuticals among others. These multicontamination phenomena are mainly related to the overflows of the sewage system that take place through storm overflows. This study has also shown, through the use of the new MiSeq high-throughput sequencing technique, that changes in the structural diversities of aquatic bacterial communities of suspended matter evolve mainly according to the hydrodynamics of the river, the strongest dissimilarities between the communities being observed during peak flow. The physico-chemical environmental parameters also have a major impact on the structure of communities, which could lead to the exploration of bacterial taxa associated with a characteristic contaminations dynamic, to the discovery of specific biomarkers of these phenomena.

<p>Mayflies are important macroinvertebrate members of steam communities and are highly sensitive to agricultural insecticides. In this dissertation I sought to explore whether Heptageniidae<i> </i>mayflies in Indiana have evolved greater tolerance to clothianidin, a neonicotinoid insecticide that has been widely applied over the predominant corn and soybean crops of the state for the last 20 years. Over the five chapters of this dissertation, I investigate different aspects of the effects of clothianidin on mayfly populations. First, I collected mayfly populations from streams around the state across a gradient of agricultural landscape to see if proximity to corn and soybean crops was associated with tolerance to the insecticide. I found significant variation in tolerance between the populations but only connected it to land use for one species and one insecticide. Second, I investigated the potential for increases in predation rates due to exposure to low concentrations of clothianidin by both a vertebrate and invertebrate predator. Sublethal exposure did increase the risk of predation by the invertebrate predator but not the vertebrate. Third, I collected four populations of mayflies and placed them in a common stream which is heavily impacted by agricultural runoff. The most tolerant of the four populations had the highest survival rates and was native to the polluted stream, suggesting that it was best adapted to the local conditions. Finally, the last chapter is a discussion of the factors influencing the evolution of contaminant tolerance, the implications for biomonitoring, and a series of recommendations for incorporating evolved tolerance into biomonitoring practices. Collectively, this work suggests that the lethal and sublethal effects of clothianidin exposure create conditions suitable for the evolution of tolerance in Heptageniid mayflies. While there are already differences in tolerance between populations, it seems likely that mayfly pesticide tolerance will continue to increase as pesticides continue to impact aquatic ecosystems. </p>

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En intégrant cette étude dans un contexte d'écologie du stress, l'objectif général de cette thèse est d'une part d'évaluer l'exposition et les effets des éléments traces métalliques (ETMs)et du parasitisme chez le mulot sylvestre (apodemus sylvaticus) et d'autre part de contribuer au développement de marqueurs d'exposition et d'effets toxiques non létaux. Au cours de trois sessions de capture, des individus ont été collectés dur 30 sites localisés autour de l'ancienne fonderie de Metaleurop (Nord-Pas-de-Calais) les concentrations en Cd et Pb ont été mesurées dans les organes cibles (foie et reins) et dans les poils des mulots. différents biomarqueurs d'effets toxiques létaux et non létaux ont également été mesurés. Le nombre important de mulots prélevé (n=886) a permis d'étudier l'influence des caractéristiques individuelles (âge et sexe) et des caractéristique paysagères sur les réponses des biomarqueurs. Les résultats indiquent que les concentrations en ETMs des animaux vivants sur les sites les plus contaminés s'avèrent significativement plus importantes que celles mesurées sur les autres sites. En outre, plus de 25% des mulots provenant des sites des plis pollués présente des concentrations supérieures aux seuils toxiques et ont donc un risque accru de développer des pathologies (œdème, cancers). Par ailleurs, cette étude révèle également que ETMs chez le mulot est influencée par les caractéristiques, individuelles (âge et sexe), par l'occupation des sols et qu'elle varie en fonction de la session de capture. De plus, les résultats montrent que les concentrations ETMs [...] et les caractéristiques paysagères modulent les prévalences de certains parasites. En effet, la richesse parasitaire augmente chez les individus les plus exposés aux ETMs. Ces concentrations influencent également les différents biomarqueurs d'effets létaux [...] et non létaux [...]évalués. Ces résultats illustrent donc l'intérêt du développement de biomarqueurs on létaux pour l'évaluation des effets toxiques des ETMs les plus élevées présentent des atteintes au niveau individuel [...] et au niveau cellulaire [...] Cependant, étant donnés les effets potentiels de parasitisme sur la santé de la faune sauvage, les liens de causalité entre la présence d' ETMs et les atteintes observées sont discutables. Ce travail de thèse souligne l'intérêt des approches multi-stress dans le cadre de l'évaluation de la santé de la faune sauvage. / By integrating this study in a stess-ecology Framework, the aim of this thesis is to assess exposure and effects of trace metals (TMs) and parasitism on wood mouse[…] and to contribute to the development of non-lethal exposure and toxicity makers […].This study also reveals that the accumulations of the TMs in wood mice is influenced by individual characteristics […] and landscape features and varies according to the trapping session. In addition, results show that the concentrations of TMs […] and landscape characteristics modulate the prevalence of some parasites. […].However, given the potential effects of parasitism on animals’ health, the causal links between the presence of TMs and observed alterations are questionable. This work emphasizes the importance of multi-stress approaches on wildlife’s health assessment.

L’uranium (U) est naturellement présent à l’état de trace dans l’eau (µg.L-1), sa concentration pouvant atteindre localement quelques mg.L-1 du fait des activités anthropiques. Plusieurs études écotoxicologiques sur Danio rerio ont mis en évidence la toxicité, e.g. le stress oxydant, la génotoxicité mais aussi la reprotoxicité (i.e. moins de pontes et d’œufs pondus chez les poissons contaminés) de l’U dont les mécanismes ne sont pas connus.L’objectif de cette étude est de contribuer à la compréhension de la reprotoxicité de l’U par l’élucidation de mécanismes moléculaires perturbés après contamination. Pour cela, des investigations ont été menées sur les ovaires de poissons zèbre Danio rerio, reproduits (R) ou non (NR), après exposition par voie directe en condition de laboratoire à des concentrations représentatives d’environnements contaminés.Ce travail de thèse a été divisé en deux volets. Un premier volet analytique avait pour but la poursuite des développements de méthodes pour l’identification des complexes U-protéines en condition non dénaturante, autour du couplage de techniques de séparation (chromatographie d’exclusion stérique SEC, électrophorèse hors gel OGE) et de détection sensible par spectrométrie de masse élémentaire (ICP MS) et moléculaire (ESI MS). Le second volet a été dédié à l’étude de la reprotoxicité de l’U à l’échelle moléculaire, avec i) l’étude des complexes natifs U-protéines (approche métallomique), et ii) l’analyse différentielle de l’expression des protéines (approche protéomique).Les développements analytiques ont permis de garder le tampon physiologique et non dénaturant d’extraction pour l’étape de séparation OGE, améliorant le taux de recouvrement en U. En écotoxicologie, les principaux résultats montrent que l’ovaire est un organe accumulateur de l’U et que le statut de reproduction a une influence sur le niveau d’accumulation (R<NR). En revanche, cet état a peu d’influence sur sa distribution protéique pour laquelle 4 fractions (dont 1 principale) ont été identifiées, toutes contenant aussi du phosphore. L’identification des cibles potentielles de l’U et des protéines exprimées différentiellement (vtg, GST, GAPDH,…) a montré que les processus biologiques perturbés suite à la contamination sont de deux niveaux : 1/ générique (stress oxydant) et 2/ plus spécifique de la gonade (développement et maturation des ovocytes). En conclusion, ces deux approches complémentaires ont permis de mettre en évidence un effet direct (complexation) et indirect (expression protéique modulée) de l’U, et de proposer l’hypothèse d’un défaut de maturation des ovocytes après contamination. Ce défaut pourrait impacter le développement embryonnaire et in fine expliquer la reprotoxicité observée lors d’études écotoxicologiques précédentes. / Uranium (U) is naturally presents at trace level (µg.L-1) in aquatic environment; its concentration can increase up to a few mg.L-1 due to human activities. Several ecotoxicological studies have shown uranium toxicity in contaminated zebrafishes Danio rerio, e.g. oxidative stress, genotoxicity and reprotoxicity (i.e. lower number of spawn and eggs laid) but mechanisms are not well known.The objective of this study is to contribute to the understanding of uranium reprotoxicity by elucidating the disrupted molecular mechanisms after contamination. Therefore, investigations have been carried out on ovaries from reproduced (R) and non-reproduced (NR) zebrafishes after waterborne exposure in laboratory conditions at environmentally relevant concentrations.This project was divided into two parts. Firstly, analytical investigations were carried out to continue the development of non-denaturing methods for U-protein identification by coupling separative techniques (size exclusion chromatography SEC, off gel electrophoresis OGE) with elemental (ICP MS) and molecular (ESI MS) sensitive mass spectrometry detection. Secondly, studies of U reprotoxicity were investigated by studying i) native U-protein complexes (metallomics approach) and ii) differential analysis of protein expression (proteomics approach)Analytical developments allowed keeping the physiological and non-denaturing extraction buffer for OGE separation step, improving U recovery. In ecotoxicology, the major results showed that ovary is an U accumulating organ and that the reproduction status modifies the accumulation level (R<NR). However, this status is of little influence on its distribution on proteins with 4 fractions (including a major one) determined, all of them coeluting with phosphorus. The identification of U potential targets and of protein expression differences (vtg, GST, GAPDH…) showed that biological processes disrupted after contamination are at two levels: 1/ generic (oxidative stress) and 2/ more specific to gonad (oocyte development and maturation).As a conclusion, these two complementary approaches showed a direct (complexation) and indirect (modification of protein expression) effects of U, and enabled to hypothesize a lack of oocyte maturation after contamination. This defect could impact embryo development and in fine explain the reprotoxicity observed in previous ecotoxicological studies.

El objetivo de esta tesis es estudiar el efecto del enriquecimiento por materia orgánica producida por el cultivo de peces en el mar y por los vertidos de petróleo en el medio marino. Este trabajo intenta explicar las consecuencias ecológicas de los impactos generados por este tipo de contaminación, y en diseñar de test de toxicidad para evaluar la contaminación en el sur de las costas europeas. Específicamente, en relación con el impacto de la acuicultura, los estudios de recuperación durante la Apertura de peces bentónicos de reducción de piscicultura marina, el papel de la depredación en el sistema bentónico dispersión de los residuos y los vínculos horizontales y verticales con un impacto bentónico. / The aim of this thesis is to study the effect of organic matter enrichment produced by marinefinfish farming and oil spills on the marine environment. This work is focused on elucidating theecological consequences of the impact generated by this type of pollution, and on designingtoxictity tests to evaluate pollution for southern European coasts. Specifically, related with aquaculture impact, it studies benthic recovery during open sea fish farming abatement, the role of predation in the benthic system and links horizontal and vertical waste dispersion with benthic impact.

Das Schutzziel in der Ökotoxikologie ist die Population. Un­ter­suchungen zur Wirkung von subletalen Konzentrationen einer Umweltchemikalie auf Populationsebene, zum Beispiel mit künst­lichen Fließgewässersystemen (Mikrokosmen) können aussagekräftigere Beiträge zur ökotoxikologischen Bewertung einer Umweltchemikalie liefern. Außerdem können bei solchen Untersuchungen mögliche indirekte Effekte erfaßt werden. Über die Reaktion von Fließgewässer-Biozönosen gegenüber Um­welt­chemikalien ist relativ wenig bekannt. Die überwiegende Zahl der Untersuchungen zur Abschätzung des Ge­fähr­dungs­po­tentials von Umweltchemikalien wurde mit Testsystemen für Lebensgemeinschaften in stehenden Gewässern untersucht. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse dieser Tests auf Fließgewässer-Lebensgemeinschaften ist meist nicht gegeben. Daher ist es notwendig Testsysteme zu etablieren, mit denen die Wirkung von Umweltchemikalien auf Fließgewässer-Le­bens­ge­mein­schaf­ten untersucht werden kann. In einem Gewächshaus wurden fünf Fließrinnen etabliert, mit denen die physikalisch-chemischen Bedingungen in einem Bach simuliert werden können. Im Ge­gensatz zu Untersuchungen einer komplexen Le­bens­ge­mein­schaft mit hoher Variabilität, wie sie sich beispielsweise durch das Einbringen von na­tür­lich­em Sediment aus Fließgewässern einstellt, wurde in diesen Experimenten die Wirkung von Che­mikalien auf eine einfache Lebensgemeinschaft untersucht. Die Le­bens­ge­mein­schaft in den Fließrinnen bestand deshalb aus wenigen, aus­ge­wählten Arten. Untersucht wurden die Kon­zen­tra­tionen 0,6, 6, 60 und 600 µg/l (Terbutryn) und 0,05, 0,5, 5 und 50 µg/l (Fenoxycarb). Gegenstand der vorliegenden Arbeit waren die Untersuchungen mit Gammarus fossarum. In einem akuten Toxizitätstest wurde die LC50 von Terbutryn für adulte und juvenile Gammariden ermittelt. In den Fließ­rin­nen­ex­perimenten mit Terbutryn und Fenoxycarb wurden po­pu­la­tions­relevante Pa­ra­meter der Gammaridenpopulationen untersucht. Ob und in welchem Um­fang sich Effekte, die mit den Stan­dard­tests gemessen wurden, auf bestimmte öko­toxi­ko­lo­gi­sche End­punkte der Population auswirken, kann nicht immer unmittelbar abgeleitet werden. Eine Möglichkeit wäre die aufwendige Durchführung von Po­pu­la­tionsexperimenten mit einfachen oder komplexeren Mo­dell­öko­systemen über eine lange Zeit. Eine andere Möglichkeit ist die Nutzung mathematischer Modelle zur Beschreibung der Populationsdynamik. Das begleitend zu den Untersuchungen entwickelte individuenbasierte Re­pro­duk­tions­modell GamMod bildet die Populationsdynamik einer ab­ge­schlos­senen Population von Gammarus fossarum in künstlichen Fließgewässersystemen ab. Es wird die Struktur und Dy­na­mik des realen Systems (Populationsdynamik) unter Ein­beziehung der Kenntnisse des Reproduktionszyklus modelliert. Mo­dell­szenarien sollen Aus­sagen über den Einfluß der Än­der­ung einer Variablen bezüglich der Populationsdynamik liefern.

L'arsenic est un élément présent dans tous les compartiments de l'environnement, et les produits de la pêche représentent une source majeure d'exposition à l'arsenic par le biais de l'alimentation. Même s'il n'existe pas à ce jour de législation sur les teneurs en arsenic dans les aliments en France, les agences gouvernementales évaluent généralement les risques liés à la présence d'arsenic dans les produits de la pêche en se basant essentiellement sur la concentration totale de l'élément, sans tenir compte des différentes espèces présentes ni de leur bioaccessibilité. Par conséquent, le développement de méthodes d'analyse de spéciation revêt un intérêt particulier dans le cadre de l'évaluation des risques. La première partie de ce mémoire présente des informations générales sur les propriétés de l'arsenic, son occurrence dans les différents compartiments de l'environnement et sa toxicité, ainsi qu'une étude bibliographique des méthodes analytiques existantes pour étudier la spéciation de l'arsenic dans les matrices alimentaires, en particulier les produits de la pêche (extraction et séparation/détection). Les différentes approches pour l'évaluation de sa bioaccessibilité et de celle d'autres éléments traces métalliques d'intérêt sont également présentées. La deuxième partie de ces travaux porte sur la validation d'une méthode d'analyse de spéciation des principales espèces d'arsenic dans les produits la pêche (As(III), MA,DMA, As(V), AsB, TMAO, AsC) par couplage entre la chromatographie d'échange d'ions (IEC) et la spectrométrie de masse à plasma induit (ICP-MS) après extraction assistée par micro-ondes (MAE). L'évaluation des performances analytiques de la méthode, les contrôles qualités internes et externes mis en place et les différentes applications, en particulier les données d'occurrence des différentes espèces d'arsenic dans les produits de la pêche les plus consommés par la population française sont présentés et discutés. Dans la troisième partie, la bioaccessibilité maximale de l'arsenic et d'autres éléments d'intérêt est estimée à l'aide d'une méthode de lixiviation en ligne (impliquant la mesure en temps réel par ICP-MS de la fraction libérée par les différents fluides digestifs artificiels). La combinaison de ce procédé avec la méthode d'analyse de spéciation validée permet ainsi d'estimer la bioaccessibilité des différentes espèces d'arsenic.

Made available in DSpace on 2017-07-10T18:13:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Denise N de Bastos.pdf: 584150 bytes, checksum: 5ec6369c1a7266f038b37ea1a2b8ccdd (MD5) Previous issue date: 2013-06-26 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The objective of this study was to avaluate the toxicity to Daphnia magna cultivated on a large scale and post-larvae of jundia (Rhamdia quelen) to Glyphosate herbicide and the reference substances. Were used daphnia with age between 2 and 26 hours of life, from large scale cultured arrays. There were performed six sensitivity assays that were composed of seven treatments and three replica, at concentrations of 0; 0.1; 0.3; 0.5; 0.7; 0.9 and 1.2 mg.L-1 of potassium dichromate, with 24 hours duration. The acute toxicity assays, with copper sulfate at concentrations of 0; 0.01; 0.025; 0.05; 0.075 and 0.10 mg.L-1, and to the glyphosate concentrations of 0; 11; 21; 31; 41 and 51 µg.L-1, with three and two replica respectively, and 48 hours duration. However the post-larvae of jundia were exposed to concentrations of 0; 0.5; 1.0; 1.5; 2.0 and 2.5 mg.L-1 of glyphosate, per 96 hours. Each replica was composed of a bottle with 10 individuals. The chronic toxicity test, the daphnia were exposed to concentrations of 0, 2, 4, 6, 8 and 10 µg.L-1 of glyphosate, with 10 replica, being a daphnia per replica, evaluating the survival and fecundity in 21 days. For acute toxicity assays, was calculated mortality using the Median Effective Concentration (EC50) in each test. The mean EC50 for D. magna with potassium dichromate was 0.57 mg.L-1. The value of acute toxicity for copper sulphate was reached at a concentration of 0.034 mg.L-1. And for the glyphosate the EC50 of 32 µg.L-1 is toxic for the species. The chronic assay showed high rate of mortality, possibly the result of unfavourable conditions for the large scale cultivation of arrays, hurt his endurance. For the R. quelen the EC50 was achieved at 0.9 mg. L-1. The results showed that organisms of the species D. magna cultivated on a large scale can be used in acute toxicity tests, but not in chronic toxicity testing, for the assessment of water quality. / O objetivo deste trabalho foi avaliar a toxicidade de Daphnia magna cultivada em larga escala e pós-larvas do jundiá (Rhamdia quelen) ao herbicida Glifosato e a substâncias de referência. Foram utilizadas dáfnias com idade de 2 a 26 horas de vida, provenientes de matrizes cultivadas em larga escala. Foram realizados seis ensaios de sensibilidade que foram compostos por sete tratamentos e três réplicas, nas concentrações de 0; 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 e 1,2 mg.L-1 de dicromato de potássio, com duração de 24 horas. E os testes de toxicidade aguda, com sulfato de cobre nas concentrações de 0; 0,01; 0,025; 0,05; 0,075 e 0,10 mg.L-1, e para o glifosato as concentrações de 0; 11; 21; 31; 41 e 51 µg.L-1, com três e duas réplicas respectivamente, e duração de 48 horas. Já as pós-larvas de jundiá foram expostas às concentrações de 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 e 2,5 mg.L-1 de glifosato, por 96 horas. Cada réplica era composta de um frasco com 10 indivíduos. No teste de toxicidade crônica, as dáfnias foram expostas as concentrações de 0, 2, 4, 6, 8 e 10 µg.L-1 de glifosato, com 10 réplicas, sendo uma dáfnia por réplica, avaliando a sobrevivência e fecundidade em 21 dias. Para os experimentos de toxicidade aguda foi calculada mortalidade através da Concentração Efetiva Mediana (CE50) em cada teste. A média da CE50 para a D. magna com dicromato de potássio foi de 0,57 mg.L-1. O valor de toxicidade aguda para o sulfato de cobre foi alcançado na concentração de 0,034 mg.L-1. Já para o glifosato a CE50 de 32 µg.L-1 é toxica para a espécie. No teste crônico, a alta taxa de mortalidade possivelmente é resultado das condições desfavoráveis no cultivo das matrizes em larga escala, o que prejudicou sua resistência. Para o R. quelen a CE50 alcançada foi em 0,9 mg.L-1. Os resultados demostraram que organismos da espécie D. magna cultivadas em larga escala podem ser utilizados em testes de toxicidade aguda, mas não em testes de toxicidade crônica, para a avaliação da qualidade da água.