Response variability to multiple stressors in gudgeons (Gobio occitaniae)
Variabilité de réponse aux stress multiples chez le goujon (Gobio occitaniae)
Résumé
Aquatic ecosystems are increasingly exposed to multiple stressors. Among them, temperature increase and contamination by trace metal elements are major stressors for freshwater fish populations. In addition, parasites and their associated immune challenges can cause a wide range of responses in fish populations, but they are still rarely considered as biotic stressors. These three stressors trigger similar physiological pathways (i.e. immunity, oxidative stress and metabolism). Hence, they are likely to interact strongly but their combined effects (i.e. antagonism and synergism) are still poorly documented, thereby hindering our ability to predict the responses of wild populations to multiple stressors under global changes. In addition, responses to stressors could vary according to the level of organisation considered (i.e molecules, cells, individuals, populations). In particular, different populations could have different sensitivity to stressors depending on their past exposure in the wild. Thus it is essential to incorporate these levels of variability to better understand and predict the effects of multiple stressors in wild fish populations. This PhD project aimed at assessing the effects of a multiple abiotic (i.e. temperature, trace metal contamination) and biotic (i.e. immune challenge) stressors across biological levels of organisation, using the gudgeon fish (Gobio occitaniae) as a model species. First, I used a cross-sectional field study in 16 wild populations to compare fish health along stress gradients. Then, I used experimental approaches under controlled conditions to disentangle the role of each single and multiple stressors across levels of organisation in different fish populations. Finally, I used reciprocal translocation experiments between polluted vs. unpolluted rivers to test for local adaptation in response to multiple stressors. Taken together, results show that single stressors affect mostly the molecular and cellular levels, in accordance with a compensatory strategy. Indeed, costly physiological defences (immunity, anti-oxidant responses) were set up and behavioural adjustments (i.e. changes in activity and foraging) enable fish to increase energy acquisition and respond adequately to single stressors, with limited deleterious effects on survival and growth. On the contrary, multiple stressors affected mostly the individual level, in accordance with a conservation metabolic strategy. Indeed, multiple stressors lead to complex antagonistic effects between stressors (i.e. antagonistic inhibition of behavioural responses), potentially due to the high energy demand incurred, resulting in deleterious effects on survival or growth. This suggests that physiological and behavioural responses might be exceeded under multiple stressors with deleterious consequences on fitness, thereby raising concerns about the effects of multiple global changes on wild populations. [...]
Dans le milieu naturel, les poissons sont exposés à une multitude de facteurs de stress biotiques et abiotiques, mais leurs interactions sont encore mal connues. La hausse des températures et la contamination par les éléments trace métalliques (ETMs) sont des sources importantes de stress pour les poissons. Les parasites ont également des effets sur la physiologie de leur hôte, mais sont rarement considérés en tant que facteurs de stress. Ces trois facteurs de stress agissent via des voies physiologiques communes (immunité, stress oxydant, métabolisme) et sont donc susceptibles d'interagir de manière complexe (e.g. antagonisme, synergisme). De plus, il existe souvent une grande variabilité des réponses entre échelles biologiques, des molécules aux populations. Notamment, l'historique d'exposition des populations de poisson dans leur milieu naturel pourrait conditionner leur capacité de réponse au stress. La prise en compte de ces deux niveaux de variabilité (i.e. interactions entre stress et entre échelles d'organisation) représente donc un verrou scientifique majeur pour mieux comprendre les effets des stress multiples sur les populations de poissons d'eau douce. Cette thèse vise donc à évaluer les effets combinés de facteurs de stress abiotique (i.e. température, ETMs) et biotique (i.e. challenge immunitaire provoqué par le parasitisme) sur les réponses des poissons d'eau douce via une approche multi-échelles. Afin de remplir ces objectifs, le Goujon (Gobio occitaniae) a été utilisé comme espèce modèle dans le cadre de trois approches méthodologiques : (i) une approche transversale de terrain visant à comparer l'état de santé de population de poissons le long des gradients de stress ; puis, (ii) des expérimentations en conditions contrôlées afin de distinguer les effets des différents facteurs de stress simples dans différentes populations sauvages ; enfin (iii) une expérience de translocation réciproque (i.e. encagement sur le terrain) entre sites contaminés et peu contaminés afin de tester l'adaptation locale des populations. Les résultats montrent que les stress simples ont des effets importants aux échelles biologiques fines et induisent la mise en place de stratégies métaboliques de compensation : les poissons investissent dans les défenses immunitaires et antioxydantes, avec une réduction des réserves énergétiques. De plus, les ajustements comportementaux (i.e. activité de nage, recherche de nourriture) sont particulièrement importants sous stress simples, et permettent d'ajuster l'acquisition d'énergie ce qui limite les effets sur la survie et la croissance. Au contraire, les stress multiples ont peu d'effets aux échelles moléculaires et cellulaires, mais provoquent des réponses complexes à l'échelle individuelle, ce qui se traduit par des effets antagonistes sur le comportement et des effets négatifs sur la survie et la croissance. Ces résultats suggèrent que sous stress multiples, les capacités de réponse des poissons pourraient être dépassées, menant ainsi à une stratégie de conservation, avec des effets délétères sur la fitness. Cependant, les réponses observées étaient fortement variables selon la population considérée. [...]
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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