Axe fédérateur Ecologie des stress abiotiques et contaminants, Ecotoxicologie

Animateur : Cécile Sulmon (MCU, RBPE)
Contexte : Les milieux naturels sont de plus en plus dégradés à l’échelle mondiale en raison de leur exposition à de multiples contaminants (e.g., xénobiotiques, toxines « naturelles », agents pathogènes). A ces stress, s’ajoutent ceux liés au changement global dont l’une des caractéristiques est de s’accompagner d’événements imprévisibles et catastrophiques (e.g., gels printaniers très tardifs, canicules estivales). Ces stress impactent déjà la biodiversité des milieux les plus fragiles (e.g., îles subantarctiques). L’urgence est d’évaluer les risques écologiques et écotoxicologiques liés à ces différents stress, d’établir des modèles prédictifs et de mettre en place des mesures de protection et de restauration des milieux. Soutenue par une demande sociétale forte, l’écotoxicologie et les réponses des organismes aux changements climatiques sont ainsi devenus une priorité de recherche au niveau européen et national à laquelle sont associés d’énormes enjeux réglementaires (Directive REACH, DCE bon état écologique de l’eau, future DCE sur les sols, Grenelle de l’Environnement). Prédire les effets sur l’homme et les écosystèmes d’une exposition chronique à des contaminants multiples présents à «faible dose» dans l’environnement est notamment un des objectifs majeurs. Recherches menées au sein de l’axe : Les participants à cet axe fédérateur appartiennent à quatre équipes de l’unité EGA : Evolution, Génome, Adaptation PAYSACLIM : Paysages - Changements Climatiques - Biodiversité RBPE : Rôle de la Biodiversité dans les Processus Ecologiques SDD : Structure et Dynamique de la Diversité Les recherches consistent à i) étudier l’hétérogénéité spatio-temporelle de la contamination et les mécanismes qui régissent la réactivité et la disponibilité des contaminants ainsi que leur transfert entre différents compartiments de l’environnement à des fins de prévention et de remédiation, à ii) étudier les conditions abiotiques et leur dynamique de variation spatiale et temporelle, et à iii) comprendre les mécanismes qui sous-tendent les réponses des organismes aux différents stress environnementaux abiotiques et chimiques, leurs capacités d’adaptation, et la résilience des systèmes, à des fins d’évaluation des stress sur les populations et les communautés et des coûts pour l’écosystème. Les principaux objectifs sont les suivants :
i) comprendre les mécanismes moléculaires et physiologiques impliqués dans les réponses des organismes à différents stress (e.g., radiations ionisantes, nanoparticules, stress thermique, hydrique, salin, hydrocarbures, métaux, pesticides, cyanotoxines), et identifier des biomarqueurs d’exposition aux stress ;
ii) mesurer l’impact de ces stress et les stratégies de réponse à l’échelle de l’organisme (e.g., bioaccumulation/détoxication, réponses métaboliques, réponses des traits d’histoire de vie ou des comportements ; plasticité ; tolérance/résistance), des populations et des communautés via une approche à la fois expérimentale et écosystémique, et évaluer les conséquences sur le réseau trophique (e.g., transfert de toxine) et la biodiversité en milieux terrestres et aquatiques, et plus largement sur le fonctionnement des écosystèmes ;
iii) analyser la généricité des réponses à partir de modèles biologiques identifiés, depuis les microorganismes (bactéries du sol, microalgues) jusqu’aux plantes terrestres ou aquatiques (macrophytes), en passant par les invertébrés terrestres (e.g. lombriciens, insectes) ou aquatiques (e.g. mollusques).
La structuration des recherches en écotoxicologie et en stress abiotiques au sein de l’unité porte un fort potentiel de valorisation concernant i) la production de biomarqueurs et bioindicateurs de contamination et d’exposition et la conception d’indicateurs de vulnérabilité et/ou de résilience d’écosystèmes ou d’entités paysagères, indispensables à la surveillance des milieux, et ii) la proposition de stratégies d’amélioration des écosystèmes dégradés et de limitation de l’érosion de la biodiversité.
Stress
Abiotiques
Thermique
Osmotique
Hydrique
Radiations ionisantes
Charge en nutriments

Contaminants
Pesticides
Métaux
Hydrocarbures
Nanoparticules
Neurotoxines
Modèles biologiques
Végétaux
Phytoplancton
Microphytes/Macrophytes
Angiospermes terrestres

Ectothermes
Mollusques
Trématodes
Lombriciens
Insectes parasitoïdes et hôtes

Microorganismes
Fonctions biologiques
Fonctions écologiques
Services écosystémiques


Tolérance/Résistance
Adaptation
Fixation du C
Dégradation
Flux de matières
Epuration/Remédiation
Interactions biotiques :
          Compétition
          Relations trophiques
          Parasitisme
Représentation synthétique des recherches menées au sein de l’axe fédérateur Ecologie des stress abiotiques et contaminants, écotoxicologie. Moyens : L’unité ECOBIO a une forte expérience dans le domaine de l’écologie des stress et l’écotoxicologie. Elle dispose au sein de l’OSUR de compétences multidisciplinaires (chimie analytique, génomique, biologie évolutive, écologie du paysage, physiologie, écologie des flux, hydrogéologie, pédologie). L’unité accueille de plus le Prof. Claudia Wiegand dans le cadre de la Chaire Internationale d’Excellence en Agronomie, Environnement et Développement durable (Université Européenne de Bretagne), qui développe un projet portant sur les mécanismes de détoxication et de biotransformation des contaminants impliqués dans les réponses physiologiques et les stratégies adaptatives des organismes dulcicoles et terrestres, lors d’expositions chroniques à des pollutions multiples. L’unité dispose aussi d’un panel d’outils :
- des sites d’observations à long terme en milieu naturel présents au sein de la ZA Armorique (35) et de la ZA Antarctique (Terres Australes et Antarctiques françaises) et offrant des continuums terrestre-aquatique d’habitats variés (e.g., cours d’eau, zones humides, bandes enherbées, talus arborés, parcelles agricoles, littoral, prairies, fell-field),
- les plans d’eau dans le Grand Ouest (Grand-lieu, Combourg,…),
- des dispositifs expérimentaux semi -naturels (mésocosmes lentiques de l’U3E INRA Rennes) à contrôler (bioessais et/ou microcosmes, Centre commun d’Ecologie Expérimentale).
L’accès à ces différentes échelles d’investigation permet de traiter à la fois la question de l’hétérogénéité spatio-temporelle des contaminations, la complexité du milieu (multi-stress et multi-espèces) et réaliser des mesures aux multi-échelles (de la molécule à la communauté ).