CE34 - Contaminants, écosystèmes et santé

ISOtopes des métaux traces et METabolisme en milieu marin – ISO2MET

Les isotopes au service de l’écotoxicologie : comment les métaux stratégiques affectent les organismes marins

Certains métaux, comme le lithium ou le zinc, habituellement rares dans l’environnement, peuvent s’enrichir considérablement à cause de notre utilisation massive des objets de haute-technologie, qui sont peu recyclés. Le projet ISO2MET déploie une méthode isotopique issue des Géosciences pour étudier leur impact sur la vie marine, du plancton aux grands prédateurs.

Amélioration de notre compréhension de l’évolution de la vie marine dans un monde en constante évolution

Les métaux traces jouent un rôle clef dans le cycle métabolique des organismes marins. Leurs enrichissements dans les zones soumises aux contaminations sont également associés à des anomalies et des perturbations écologiques majeures. Malgré des avancées significatives en écotoxicologie et en biologie moléculaire, les liens entre les teneurs en métaux traces et la biomasse ou la biodiversité restent débattus. <br />Les membres du consortium ISO2MET ont mis en évidence que certains métaux traces sont isotopiquement fractionnés par les processus biologiques. Ils ont récemment démontré que ces fractionnements sont - en grande partie - dus aux actions de transporteurs ioniques spécifiques. Ces méthodes uniques fournissent une nouvelle façon de quantifier les mécanismes d'accumulation, d'élimination et/ou de toxicité des métaux traces dans les organismes marins. <br />Plusieurs équipes sont impliquées: des physiologistes et écotoxicologues, spécialisés dans la régulation des métaux traces par les espèces marines, des biochimistes, spécialistes du transport ionique dans les cellules, des géochimistes, étudiant les isotopes non-conventionnels dans l'environnement, et des écologues du plancton et des chaines trophiques marines.

ISO2MET se focalise sur trois métaux traces particulièrement utilisés en milieu industriel et à fort potentiel en écotoxicologie marine: le zinc, le cuivre et le lithium. Au niveau biochimique et cellulaire, nous quantifions et modélisons les fractionnements isotopiques biologiques induits par les transporteurs clefs de ces métaux. A l'échelle de l'organisme, nous mesurons à haute précision les isotopes de ces métaux dans des échantillons de plancton et de chaines trophiques marines évoluant dans des milieux contrastés et issus d'aquacultures. Enfin, nous explorons le potentiel des carbonates marins comme nouveau proxy isotopique en écotoxicologie.

Au delà des développements réalisés, les premiers résultats marquants du projet ISO2MET sont la première description fine du comportement du lithium et de ses isotopes au niveau cellulaire, dans le plancton et les chaines trophiques marines. En combinant des cultures de laboratoires et des analyses d’organismes prélevés en milieu naturel, ISO2MET met en exergue la forte bioaccumulation du lithium dans les bivalves comme les moules et les huitres, avec des impacts potentiels sur la santé humaine dans les zones côtières contaminées où leur consommation est importante.
Ces résultats se déclinent en plusieurs publications scientifiques, dont deux effectives, et une en cours de révision. Ils ont également été montrés lors de fêtes de la science, et de conférences internationales, et aboutissent à la mise en place de nouvelles collaborations avec des océanographes, des équipes travaillant sur la qualité de l’eau, et un collège (classe SVT).

Le projet continue son avancée concernant l’impact de ces métaux sur les organismes marins, avec de nouvelles cultures de bivalves, et une attention particulière sur la façon dont les coquilles enregistrent isotopiquement la contamination. ISO2MET vise également à établir un suivi comparé du plancton dans des zones très contrastées en terme d’apports anthropiques.

Un article a été publié dans la revue Science of the Total Environment, et nous en avons récemment soumis un autre à la revue Environmental Science & Techonology. Avec nos collaborateurs coréens, un article a été publié dans la revue Nature Communications. Diverses communications orales et écrites ont été réalisées, en particulier à la Goldschmidt Conference (USA), et aux journées sur le Développement Durable à Nice-Sophia.

Les métaux traces jouent un rôle clef dans le cycle métabolique des organismes marins. Leurs enrichissements dans les zones soumises aux contaminations sont également associés à des anomalies et des perturbations écologiques majeures. Malgré des avancées significatives en écotoxicologie et en biologie moléculaire, les liens entre les teneurs en métaux traces et la biomasse ou la biodiversité restent débattus.
Les membres du consortium ISO2MET ont mis en évidence que certains métaux traces sont isotopiquement fractionnés par les processus biologiques. Ils ont récemment démontré que ces fractionnements sont - en grande partie - dus aux actions de transporteurs ioniques spécifiques mesurables avec une grande précision. Ces méthodes uniques fournissent une nouvelle façon de quantifier les mécanismes d'accumulation, d'élimination et/ou de toxicité des métaux traces dans les organismes marins.
Ainsi, ISO2MET se focalisera sur trois métaux traces particulièrement utilisés en milieu industriel et à fort potentiel en écotoxicologie marine: le zinc, le cuivre et le lithium. Au niveau biochimique et cellulaire, nous quantifierons et modéliserons les fractionnements isotopiques biologiques induits par les transporteurs clefs de ces métaux, en utilisant des techniques modernes de suivi du transport ionique et d'électrophysiologie.
A l'échelle de l'organisme, nous mesurerons à haute précision les isotopes de ces métaux sur des échantillons naturels du plancton et de chaines trophiques marines évoluant dans des milieux contrastés et issus d'aquacultures en conditions controlées. Enfin, nous explorerons le potentiel des carbonates marins comme nouveau proxy isotopique en écotoxicologie.
Pour réaliser l'ensemble de ce travail, plusieurs équipes, reconnues chacune dans leur domaine respectif, vont partager leurs expertises et leurs méthodes. Ainsi, le consortium ISO2MET est composé de physiologistes et d'écotoxicologues (LIENSs, IAEA-REL), spécialisés dans la régulation des métaux traces par les espèces marines, des biochimistes (LP2M), spécialistes du transport ionique dans les cellules, des géochemistes (LOV, LGLTPE), étudiant les isotopes non-conventionels dans l'environnement, et des écologues du plancton et des chaines trophiques marines (LOV, LIENSs). Avec cette combinaison unique de savoir-faire, ISO2METdevrait permettre d'éclaircir de façon décisive l'impact des contaminations en métaux traces sur la vie marine et côtière.

Coordinateur du projet

Madame Nathalie Vigier (Laboratoire d'océanographie de Villefranche)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LOV Laboratoire d'océanographie de Villefranche
IAEA-REL IAEA-REL / Radiocology Laboratory
LP2M Laboratoire de Physio-Médecine Moléculaire
LIENSs Littoral, Environnement et Sociétés
LGL-TPE - CNRS Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement

Aide de l'ANR 388 772 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 48 Mois

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