Efflorescences microalgales nuisibles et relation avec l`eutrophisation

Efflorescences microalgales nuisibles
et relation avec l’eutrophisation
Mohamed Laabir, PhD
Equipe Ecologie du Plancton,
Laboratoire Ecosystèmes Lagunaires, UMR UMII-CNRS N°5119
Pl. E. Bataillon, Montpellier.
La prolifération des microalgues peut causer une mortalité chez les poissons, contaminer la
chaîne trophique avec les toxines et altérer les écosystèmes. La communauté scientifique
parle de HAB (harmful algal blooms) ou efflorescences d’algues nuisibles. Une première
classification permet de séparer deux groupes:
Les producteurs de toxines et les producteurs de biomasse qui causent des anoxies à de
fortes concentrations. Quelques espèces peuvent avoir les deux caractéristiques.
The conceptual model below illustrates routings through which toxins impact
many different trophic compartments (the colored boxes are hotlinks).
Une étude récente estime qu’au niveau mondial, les toxines d’algues sont
responsable de 60 000 intoxications humaines par an avec un taux de mortalité de
1.5 %. Les multiplications des efflorescences algales potentiellement toxiques,
l’augmentation du nombre des espèces productrices et du nombre de toxines
bioaccumulables ont généré un sentiment d’insécurité sanitaire.
1987, 14 baleines mortes suite à la consommation de poissons dont les
Organes étaient chargés de saxitoxine (Alexandrium tamarense)
Mortalité des poissons causée par des microalgues ichtyotoxiques
Seabirds feed on the abundant life associated with the oceans and estuaries
and thus are susceptible to the effects of HABs.
One example was in 1991 when more than 100 pelicans and cormorants
were
found dead or suffering from unusual neurological symptoms in
Monterey Bay, CA. This event was attributed to a bloom of the diatom,
Psuedo-nitzcschia australis, which produce the toxin domoic acid. The
toxin was transmitted to the seabirds via Northern anchovies.
Les eaux colorées ont lieu lorsque des algues pigmentées
prolifèrent. Même les espèces non toxiques comme le
dinoflagellé Noctiluca, ici dans un port Japonais, peuvent
tuer les animaux marins en épuisant l’oxygène des eaux côtières.
California Noctiluca Bloom
Florida Red Tide Bloom
of Karenia brevis
Prorocentrum micans bloom,
Bigelow Laboratory, Maine
Photo : A. Vaquer
A. catenella
Les microalgues sont une source de richesse pour les océans et
responsable de l’essentiel de sa productivité primaire,
L’immense majorité du phytoplancton marin n’est pas toxique et ne
provoque pas de nuisances.
60 à 80 le nombre d’espèces potentiellement néfastes sur un total
d’environ 4000 espèces marines.
En plus des cyanobactéries (non traitées ici) deux classes de
microalgues eucaryotes,
les Dinophycées (dinoflagellés)
Diatomphycées (diatomées) (diatomées neurotoxiques n’ont été connus
que depuis 1987)
Microalagues toxiques observés au MEB
saxitoxines
yessotoxines
Alexandrium
minutum
Lingulodinium
polyedrum
Gymnodinium
breve
?
Dinophysis
acuminata
Prorocentrum
belizeanum
Acide okadaique
dinophysistoxines
Acide okadaique
dinophysistoxines
Ostreopsis
lenticularis
ostréotoxines
Gambierdiscus
toxicus
ciguatoxines
Pseudonitzschia
multiseries
Pseudonitzschia
pseudodelicatissima
Acide domoïque
Seuls 50% des dinoflagellés décrits sont photosynthétiques, possèdent
des chloroplastes et synthètisent leurs chlorophylles (a+c2) et des
pigments accessoires (divers caroténoides, dont la péridinine typique
du groupe).
Certaines espèces abritent des endosymbiontes leur tenant lieu de
chloroplastes.
Les dinoflagellés tox
iques sont photosynthétiques même si certaines espèces sont
mixotrophes.
La protection est assurée par une enveloppe pluristrate
(thèque).
thèque est fine et peu ornementée chez les dinoflagellés dits
« nus » (exp. Gymnodinium)
épaisse, renforcée par des plaques internes de cellulose chez
les espèces dits cuirassés,
La microscopie photonique et MEB sont utilisées pour
identifier les espèces
Le nombre, la forme et l’agencement des plaques constituent la tabulation
qui est à la base de la nomenclature des genres et espèces
A. Catenella
Cellules en chaines
Pas de pore ventral
entre les plaques 1` et 4`
ce qui la différencie
d’A. tamarense
Neurotoxic Shellfish Poisoning (NSP) - Causative Organisms:
Gymnodinium breve
(Photo credit - Y. Fukuyo)
Gymnodinium breve - cyst form
(Photo credit - Y. Fukuyo)
Ciguatera Fish Poisoning (CFP) - Causative Organisms:
Gambierdiscus toxicus
Prorocentrum lima
Paralytic shellfish poisonning (PSP): Causative organisms
Alexandrium tamarense
(vegetative cell in MEB)
Alexandrium tamarense - cyst
form
(Photo credit - Y. Fukuyo)
Les cyanobactéries
Classe des Cyanophyceae
Les Cyanobactéries appartiennent au groupe des bactéries
actuelles ou eubactéries. Ce sont des bactéries qui pratiquent
la photosynthèse, tout comme les algues, en dégageant du
dioxygène.
Ce sont les organismes les plus anciens connus
en paléontologie; leurs traces remontent à près de 3,5
milliards d'années: premières cellules
à produire l'oxygène qui aujourd'hui constitue notre atmosphère.
La classification actuelle place souvent ce groupe à cheval
entre le monde des bactéries (Procaryotes) et celui des Algues,
d'où leur appartenance à la classe des Cyanophyceae
qui signifie "Algues bleues".
Les Cyanobactéries sont largement présentes parmi le plancton marin
et certaines espèces produisent, en des circonstances particulières,
des efflorescences à caractère toxique en consommant l'oxygène
dissous dans l'eau.
Elles passent alors d'un stade autotrophe
(capables de fabriquer leur propre matière organique
en utilisant l'énergie solaire) à un stade hétérotrophe
(qui puisent leur énergie dans un constituant organique existant).
Un excès de matière organique dans le milieu qui favorise ces efflorescences.
Détection des espèces potentiellement toxiques
Réseau Rephy
Surveillance du phytoplancton toxique
Rephy: Réseau spécialisé dans l’observation des populations phytoplanctoniques
Mis en place en 1984 par l’Ifremer à cause de Dinophysis (intoxications en 1983-84).
Fonctionnement du réseau en suivi:
Points de suivi régulièrement répartis sur le littoral.
Prélèvement d’eau 2 fois par mois (septembre-avril) et une dois par semaine
(mai-août) en surface ou subsurface et observations sur échantillons vivants
Et lugolés à l’aide d’un microscope inversé (méthode Utermohl 1958).
Un dénombrement systématique est réalisé.
Fonctionnement du réseau en alerte:
Vise la protection de la santé publique. La situation d’alerte est déterminée par la
Présence d’une espèce toxique. Augmentation de la fréquence de prélèvement.
Echantillons d’eau. Echantillon de coquillages.
Présence d’une espèce à DSP (Dinophysis)
Test souris sur un extrait d’hépatopancrés de coquillages, mortalité avec seuil
Égal à 5h. Présence d’une espèce à PSP (Alexandrium)
Test souris
Si test souris positif
Conséquences administratives:
Direction départementale des affaires maritimes – autorités préfectorales –
Mesures officielles d’interdiction de commercialisation des coquillages.
Nouvelles Méthodes de détection des espèces potentiellement toxiques
Réseau REPHY (Ifremer)
Prélèvement d’eau et de coquillages
Identification des espèces
Quantification au microscope
(seuil 100 cellules/l)
Observateur expérimenté
Techniques difficiles à mettre en place (MEB..)
Utilisation de la biologie
moléculaire
Test de toxicité
Marquage fluorescent des cellules
à l’aide de sondes
Anticorps: se fixent de façon spécifique sur les antigènes (protéines, polysaccharides
acides nucléiques ou toxines). Les phycotoxines non immunogéniques doivent être
couplées à une protéine porteuse. Ces formes moléculaires sont reconnues par
le système immunitaire des mammifères.
Sondes nucléotidiques: séquence complémentaire à celle de l’acide nucléique
Recherché et sont associées à un marqueur fluorescent. Dirigées souvent contre
Les gènes qui codent l’ARN ribosomique. La sonde doit subir un marquage fluorescent.
Microscopie à fluorescence ou cytométrie en flux
•La majorité des anticorps et toutes les lectines
visent les molécules associées à la surface des cellules
Marquage fluorescent des cellules
Immunofluorescently-labeled Alexandrium cell
Alexandrium sp. (most likely fundyense) from a bloom near Casco Bay,
Maine in 1998.
The Alexandrium cell (about 35µm in diameter)
is the smaller of the two cells. It shows the red autofluorescence
of the chlorophyll surrounded by a bright green immunofluorescent
stain that specifically targets the cell surface antigens of Alexandrium.
The other larger cell is a co-occurring heterotrophic Protoperidinium sp.
that lacks chlorophyll. (Kristin Gribble, WHOI)
Toxinogénèse de la saxitoxine et de ses dérivés
Des bactéries associées à des souches toxiques
de dinoflagellés peuvent produire des toxines
Exp: bactérie intracellulaire dans A. tamarense produit STX
Variabilité intra et interspécifique dans la production de toxines
Profil toxinique spécifique à chaque souche (identification)
saxitoxine
brévétoxines
Squelette
Carboné du
Canal sodium
Toxicologie
Intoxications peuvent être classées en deux catégories:
Symptômes liés à (1) la neurotoxicité et (2) l’appareil digestif
Phycotoxines neurotoxiques
Décès généralement par
arrêt respiratoire
Acide domoïque
Agit sur les récepteurs
au glutamate du SNC
Risque cancérogène
Acide okadaïque
Inhibe les protéines
phosphatases
Neurotoxicité cellulaire des phycotoxines
Les saxitoxines et gonyautoxines, toxines tres puissantessont responsables
de l’intoxication PSP (paralytic shellfish Poisoning).
Symptômes: troubles digestifs précoces suivisde troubles neurologiques
graves (fatigabilité musculaire importante, convulsions et paralysies
flasques avec détresse respiratoire
Troubles apparaissent 30 à 120mn après la consommation
de divvers invertébrés marins contaminés
Principaux agents:
Genre Alexandrium, Gymnodinium catenatum, Pyrodinium bahamense
Moyens de lutte contre les algues toxiques
Réduction de l’apport des nutriments:
L’industrialisation, la pollution urbaine, l’agriculture apporte par le biais du bassin
versant et des rivières des flux importants de nutriments et modifient le ratio de ces
éléments (plus d’éléments azotés et moins de silicium
ce qui avantagerait les dinoflagellés)
Les japonais en réduisant les apports en nutriments ont diminué
l’abondance des HABs.
Introduction des algues toxiques par les eaux de ballast:
Les bateaux sont des facteurs majeurs d’introduction des espèces non
indigènes (Rosenthal 1981),Augmentation du trafic maritime, du volume des
ballasts qui augmente l’O2 disponible. Les Stratégies de lutte ont été la
stérilisation avec le péroxyde d’hydrogène, des produits chimiques, la
déballastage En haute mer, un choc thermique de 40-50 °C ou électrique. Le
coût reste élevé.
Introduction des espèces à travers les activités aquacoles:
Il y’a plusieurs cas d’introduction de macroalgues et de sa faune associée
dans les eaux côtières(Carlton 1985). Les algues toxiques peut aussi être
introduites par ce biais.
Contrôle des efflorescences
Contrôle chimique
Des éléments chimiques peuvent inhiber ou détruire les HABs. Ces éléments
Doivent être spécifiques pour ne pas avoir des effets négatifs sur l’écosystème
Le cuivre:
de faibles concentration de cuivre peuvent tuer Gymnodinium breve, le
cuivre est un constituant naturel de l’eau de mer. Cependant le coût de
traitement Est important et ce élément a un large spectre d’action. Utilisé
dans les années 60.
Aponin et d’autres éléments chimiques:
l’aponin est produit par un stérol pouvant Endommager G. breve au bout de
4-10 jours. L’élément chimique ne doit pasÊtre léthal pour plus de 50 % de
la faune et la flore présente dans le système traité.
Floculants: (argiles et les polymères)
Un floculant quand il est ajouté à l’eau permet une suspension des particules et
leur Agrégation et sédimentation. Des floculants inorganiques peuvent être des
sulfates D’aluminium et des sels ferriques). L’argile est potentiellement
intéressant et été utilisé.Cependant, il faut étudier l’effet des ces sédiments sur la
faune et la flore benthique.
Contrôle physique
Permet de détruire les cellules microalgales ou de les soustraire de l’eau de mer.
Skimming of surface water:
Shirota (1989) a évoqué une tentative japonaise de collecter le phytoplancton en
utilisant
Un équipement qui provoque une agrégation de ces particules.
Destruction par des ultrasons:
Des cellules algales peuvent être exposées à des ultrasons à des grandes fréquences
ce qui
Permet de détruire ces microalgues. Mais ce procédé n’est pas sélectif.
Contrôle biologique
-L’ingestion par le zooplancton et la filtration par les mollusques peuvent
Être utilisés pour soustraire les algues nuisibles de la colonne d’eau. Cependant,
les capacités de culture du zooplancton ou la biomasse Des filtreurs à utiliser sont
insuffisants pour exercer une force de prédation efficace.
-Virus:
-Les virus ont le potentiel d’être très spécifiques et donc des agents de Contrôle
efficaces et abondants dans les eaux côtières. Un effort de Recherche doit être
orienté à ce niveau.
-Parasites
Le dinoflagellé Amoebophrya cerati est un parasite intracellulaire des
Dinoflagellés libres comme Alexandrium. Les parasites attaquent l’hôte Et se
multiplient à l’intérieur de la cellule aboutissant à des milliers D’autre parasites
s’étant multiplié.
Bactéries:
Des souches bactériennes isolées à la fin du bloom de G.
mikimotoi ont montré une grande spécificité algicide contre
cette espèce. Des cultures De G. mikimotoi ont été
complétement détruites au bout de 24-38 h. La substance
responsable est secrétée en présence du dinoflagellé.
Utilisation d’autres microalgues:
Algues allélopathiques contre l’algue nuisible ou microalgues
ayant des Taux de division plus importants.
Exemple d’attaque virale
La majorité de ces agents de contrôle, (chimiques, physiques,
biologiques) Ont été testés expérimentalement Dans des laboratoires
(microcosmes) Très peu in situ et quand c’est le cas, Il n’y a pas
encore d’études sérieuses Et poussées concernant leur effet sur
L’environnement et le fonctionnement De l’écosystème marin.