Thesis (M.A.)--Boston University / PLEASE NOTE: Boston University Libraries did not receive an Authorization To Manage form for this thesis or dissertation. It is therefore not openly accessible, though it may be available by request. If you are the author or principal advisor of this work and would like to request open access for it, please contact us at open-help@bu.edu. Thank you. / A summary of the sex hormones found in the various animal phyla is given. The phylogenetic implications of steroid presence and mode of reproduction are discussed particularly in regard to the evolution to viviparity. By paper and gas chromatographic methods, the gonads of the male Pecten were analyzed for androgens. None of the standard hormones could be identified, but a steroid compound of unknown identity was suggested by the experimental evidence. / 2999-01-01

Le fonctionnement trophique des écosystèmes benthiques côtiers dépend de la disponibilité des sources de matière organique (MO). A l'échelle du plateau continental, la variabilité de la diversité et de l'abondance de ces sources se reflète dans la distribution spatiale des consommateurs primaires tels que les bivalves filtreurs. Si les sources trophiques sont largement étudiées sur les estrans et les espaces estuariens, l'essor des connaissances sur le réseau trophique benthique du plateau continental est limité par les contraintes d'échantillonnage à des profondeurs atteignant 200 m à environ 300 km des côtes dans le nord du Golfe de Gascogne. Dans cette étude, les isotopes stables et les acides gras utilisés comme marqueurs trophiques ont été mesurés dans les tissus de cinq espèces de bivalves, sur un gradient bathymétrique (0-200 m) traversant le plateau continental du Golfe de Gascogne, dans deux sites régionaux fortement contrastés par leurs caractères naturels et par les pressions humaines qu'ils subissent. Les variations spatiales des signatures biochimiques des bivalves ont permis de distinguer trois zones aux fonctionnements trophiques différents et concordantes avec les structures de masse d'eau qui existent sur le plateau continental et qui en contrôlent la dynamique planctonique. Les résultats obtenus ont également révélé une faible emprise spatiale des apports terrestres dans les sources de MO consommées par les bivalves. Enfin, malgré des conclusions assez cohérentes issues de l'utilisation des isotopes stables et des acides gras, l'interprétation de certains résultats suggère une forte influence métabolique sur les signatures biochimiques des bivalves.

Dans de nombreux pays, l’aquaculture de pectinidés dépend aujourd’hui du succès de la production contrôlée de juvéniles. Néanmoins, les fortes variations des taux d’éclosion des oeufs et de la survie larvaire, enregistrées à ce jour, rendent cette production imprévisible. Les élevages larvaires en flux ouvert de coquilles Saint-Jacques (Pecten maximus) ont été développés en Norvège et présentent des résultats prometteurs. Malheureusement, les rendements de production encore faibles et l’impossibilité de travailler à fortes densités restent un frein majeur au développement de cette technique. En France, une technique en flux-ouvert, en petit volume (5 L), et à forte densité (≤ 300 larves mL-1) a été développée pour les ostréidés. Des expériences préliminaires visant à décliner ce système d’élevage aux larves de P. maximus se sont avérées infructueuses : retard de croissance et forte mortalité en quelques jours. Il est reconnu que les larves de pectinidés doivent faire face à des contraintes diverses en écloserie : bactériologiques, physiologiques et environnementales. Elles sont également plus sensibles que les larves des autres espèces de bivalves comme par exemple l’huître japonaise (Crassostrea gigas). Il apparait donc nécessaire aujourd’hui d’identifier plus clairement l’origine des phénomènes perturbant le bon développement des larves en flux ouvert afin d’améliorer la qualité des élevages et les rendements larvaires. Grâce à l’étude et à la compréhension des mécanismes physiologiques impliqués dans la lutte contre le stress des larves de P. maximus en flux ouvert, ce projet de doctorat donne des clés permettant d’améliorer cette technique d’élevage tout en limitant l’utilisation de produits chimiques en milieu contrôlé. / In many countries, aquaculture of pectinids depends on the success of artificial spat production in hatchery. This production is always unpredictable due to the variability of hatching rate and larval survival. Flow-through larval rearing systems were developed in Norway for the King scallop Pecten maximus and showed promising results. Unfortunately the system needs to be optimized since the larval yields and the densities used are still relatively low. In France, a small-scale (5 L) and high-density (≤ 300 larva mL-1) flow-through larval rearing system was successfully developed for oysters. First trials in such system and in similar conditions with P.maximus failed as we registered slower growth and high mortality rate in only a few days. It is known that pectinids larvae are more sensitive to environmental conditions than the oyster Crassostrea gigas, for example.Nowadays, it is important to identify and to understand the phenomena disturbing larval development in flowthrough system to improve larval quality and production yields. This doctoral project provided some indications how improving P. maximus flowthrough rearing system while limiting the use of antibiotic through a better understanding the physiological mechanisms involved in the larval response to a stressful environment

Mollusc shells are unique adaptations that serve to protect the organisms that make them, and are a defining feature of the phylum. However the molecular underpinnings of shell forming processes are still largely unexplored. To further understand mollusc shell formation, I studied three bivalve species in this project: the blue mussel Mytilus edulis, the Pacific oyster Crassostrea gigas, and the king scallop Pecten maximus. While previous analyses of the shell proteomes showed species specificity, transcriptomes of the mantle tissues revealed more commonalities. To reconcile these differences, I studied differential gene expression in shell damage-repair experiments and during the formation of the first larval shell, to produce a comprehensive overview of shell formation processes. Expression data showed large biological variability between individuals, requiring matched-pair experimental designs to detect differential gene expression during shell repair. Loci differentially expressed during shell repair and in the larvae encoded shell matrix proteins, transmembrane transporters, and novel transcripts. A large number of shell matrix proteins, encoded in differentially expressed loci, were common in all three species during shell formation, indicating that shell forming proteins between different species may be more common than previously thought. Differential expression of transmembrane transporters during shell repair indicated that the animals may be regulating bicarbonate ions during shell formation. Finally, the experiments revealed novel transcripts, with unknown annotations to public datasets, that may putatively be involved in shell formation.

Le contrôle des pathologies est un élément primordial pour réduire les risques en élevage larvaire de mollusques bivalves. Il requiert une connaissance précise des maladies, des pathogènes et de leur mode d'action. Une nouvelle espèce de vibrio pathogène pour les larves de P. maximus, Vibrio pectenicida a été décrite par des caractères phénotypiques et génotypiques. Elle appartient au groupe de V. splendidus dans lequel se retrouvent d'autres nouvelles espèces pathogènes. La pathogénie de V. pectenicida a été étudiée en histologie et par des infections expérimentales sur des élevages larvaires conventionnels et axéniques. Ces études ont confirmé le caractère pathogène des souches de V. pectenicida et l'absence de symptômes spécifiques de la maladie. En ultrastructure, la localisation des bactéries à l'intérieur des tissus et de cellules peut être expliquée par un phénomène de translocation. L'activité toxique des vibrios pathogènes se manifeste vraisemblablement par des facteurs internes à la bactérie. En effet, une action létale de lysats bactériens de Vibrionaceae, et principalement de la fraction cytoplasmique, a été mise en évidence sur des larves axéniques. L'existence de facteurs toxiques internes a été confirmée par l'utilisation d'un test de chimioluminescence (CL) sur des hémocytes d'adultes. En effet, l'activité inhibitrice observée avec les bactéries entières, a été retrouvée dans la fraction cytoplasmique des vibrios pathogènes. D'après des essais de purification partielle, un des facteurs toxiques doit être une petite molécule (moins de 3kDa), hydrophile, résistante aux protéases, aux acides et à la chaleur. Cette toxine est éloignée des toxines bactériennes déjà décrites. Les relations entre l'immunité des adultes, très résistants aux attaques bactériennes, et celles des larves ont été abordées à partir de deux expériences: une infection expérimentale provoquée par une souche proche de V. splendidus sur des P. maximus adultes et l'injection de V. pectenicida à des animaux adultes entraînant la baisse de réactivité des hémocytes. Enfin quelques applications pratiques ont été proposées pour éviter l'utilisation d'antibiotiques durant la phase larvaire.

Although there are no authenticated records of human illness due to PSP in New Zealand, nationwide phytoplankton and shellfish toxicity monitoring programmes have revealed that the incidence of PSP contamination and the occurrence of the toxic Alexandrium species are more common than previously realised (Mackenzie et al., 2004). A full understanding of the mechanism of uptake, accumulation and toxin dynamics of bivalves feeding on toxic algae is fundamental for improving future regulations in the shellfish toxicity monitoring program across the country. This thesis examines the effects of toxic dinoflagellates and PSP toxins on the physiology and behaviour of bivalve molluscs. This focus arose because these aspects have not been widely studied before in New Zealand. The basic hypothesis tested was that bivalve molluscs differ in their ability to metabolise PSP toxins produced by Alexandrium tamarense and are able to transform toxins and may have special mechanisms to avoid toxin uptake. To test this hypothesis, different physiological/behavioural experiments and quantification of PSP toxins in bivalves tissues were carried out on mussels (Perna canaliculus), clams (Paphies donacina and Dosinia anus), scallops (Pecten novaezelandiae) and oysters (Ostrea chilensis) from the South Island of New Zealand. Measurements of clearance rate were used to test the sensitivity of the bivalves to PSP toxins. Other studies that involved intoxication and detoxification periods were carried out on three species of bivalves (P. canaliculus, P. donacina, P. novaezelandiae), using physiological responses (clearance and excretion rate) and analysis of PSP toxins in the tissues over these periods. Complementary experiments that investigated other responses in bivalves fed with the toxic cells were also carried out. These included byssus production, and the presence of toxic cells in the faeces of mussels, the siphon activity and burrowing depth in clams and the oxygen consumption in scallops. The most resistant species to PSP toxins were the mussel, Perna canaliculus and the clam, Dosinia anus. Both species fed actively on toxic dinoflagellates and accumulated toxins. The intoxication and detoxication rate of the mussel was faster than the other species of bivalve studied (P. donacina and P. novaezelandiae) which confirm mussels as a good sentinel species for early warning of toxic algal blooms. The clearance rate of the clam, Paphies donacina decreased when fed on Alexandrium species but the effect of the PSP toxins on this physiological response was not confirmed. Over the detoxification period of 8 days, this clam did not detoxify which suggests that its ability to retain high level of toxins for an extensive period may be critical for public health management. The scallop, Pecten novaezelandiae was clearly the most sensitive species to the PSP toxins and the clearance rate was significantly lower in the presence of the toxic dinoflagellate A. tamarense. Although the clearance rate was low, the scallops still fed on the toxic dinoflagellate and accumulated PSP toxins in the tissues. The scallops detoxified slowly which would affect the market for this bivalve in the presence of a toxic algal bloom. This bivalve would retain PSP toxins for longer period of time than other species such as mussels. The oyster, Ostrea chilensis, had erratic clearance rate and did not respond clearly to any of the variables tested over the time. Oysters accumulated more toxins than the sensitive species, but they had been exposed to two more days of feeding with A. tamarense; therefore this species may actually have a similar intoxication responses to P. novaezalandiae and P. donacina. The results from this thesis suggest further directions for the aquaculture sector and ongoing research in this field, which in future will lead to a better selection of suitable species for culture as well as species for monitoring of PSP toxins. In the future, research that integrates field and controlled laboratory studies will expand to other species of interest and a more complete record will in time be available in order to manage more efficiently the negative effects that harmful algal blooms may have in New Zealand.

Yes / The Mg/Ca ratios of biogenic calcite is commonly seen as a valuable palaeo-proxy for reconstructing past ocean temperatures. The temperature dependence of Mg/Ca ratios in bivalve calcite has been the subject of contradictory observations. The palaeoceanographic use of a geochemical proxy is dependent on initial, rigorous calibration and validation of relationships between the proxy and the ambient environmental variable to be reconstructed. Shell Mg/Ca ratio data are reported for the calcite of two bivalve species, Mytilus edulis (common mussel) and Pecten maximus (king scallop), which were grown in laboratory culturing experiments at controlled and constant aquarium seawater temperatures over a range from 10 to 20 C. Furthermore, Mg/Ca ratio data of laboratory- and fieldgrown M. edulis specimens were compared. Only a weak, albeit significant, shell Mg/Ca ratio¿temperature relationship was observed in the two bivalve species: M. edulis (r2=0.37, p<0.001 for laboratory-cultured specimens and r2=0.50, p<0.001 for field-cultured specimens) and P. maximus (r2=0.21, p<0.001 for laboratory-cultured specimens only). In the two species, shell Mg/Ca ratios were not found to be controlled by shell growth rate or salinity. The Mg/Ca ratios in the shells exhibited a large degree of variability among and within species and individuals. The results suggest that the use of bivalve calcite Mg/Ca ratios as a temperature proxy is limited, at least in the species studied to date. Such limitations are most likely due to the presence of physiological effects on Mg incorporation in bivalve calcite. The utilization is further limited by the great variability both within and among shells of the same species that were precipitated under the same ambient conditions

Le couplage de l'Ablation Laser et de la Spectrométrie de Masse à Plasma Inductif Couplé (LA-ICP-MS) a été mis en œuvre pour la détermination quantitative des éléments traces dans des matrices de carbonate de calcium (CaCO3) grâce à l'utilisation de pastilles étalons de CaCO3 (concentrations en éléments traces: 0-500 µg.g-1). L'analyse quantitative des éléments traces le long des stries journalières de calcite des coquilles Saint Jacques Pecten maximus a conduit à la définition de profils chronologiques et à haute résolution temporelle. La signification de ces profils a ensuite été évaluée particulièrement pour la Rade de Brest (France). Les concentrations coquillières de fond sont directement liées aux concentrations de l'eau de mer en phase dissoute et aux constantes de solubilité dans les carbonates, traduisant ainsi les conditions environnementales et hydro climatiques moyennes. Des enrichissements récurrents, transitoires et/ou saisonniers ont été observés pour le molybdène (Mo), le baryum (Ba) et le manganèse (Mn). Les enrichissements du Mo et du Ba dans la coquille sont identifiés comme des indicateurs de la dynamique phytoplanctonique dans les environnements côtiers tempérés. Les enrichissements du Mn, observés spécifiquement pour les coquilles de la Baie de Seine, traduisent les apports fluviaux de la Seine et les oscillations des conditions rédox dans la colonne d'eau et à l'interface eau/sédiment. La micro chimie des éléments traces de la coquille est donc établie comme une archive à haute fréquence des changements des environnements côtiers tempérés, et permet aussi de mieux comprendre le cycle biogéochimique des éléments traces à l'interface eau - sédiment.