| Nos analyses: démarche et résultats |
|
La démarche est de rendre lisible en temps quasi-réel des informations qui vont nous éclairer sur l'état de santé de groupes de bivalves vivant en mer ou en eaux douces et, par extension, sur l'état de santé de leur environnement (on fait l'hypothèse que des animaux sains vivent dans un milieu sain). On numérise leur comportement en le transformant chaque jour sous une forme mathématique, en modélisant et classant (data stocking) pour l'exploiter ensuite à la demande. L'analyse du comportement - tranquille, excité, perturbé; bien rythmé ou chaotique; apathique - est une 1ère étape dans une démarche de diagnostic. Mais on a aussi une approche de physiologie très intégrative, du "fitness", avec la mesure en ligne de la croissance et l'enregistrement des pontes et de mortalités.
En premier, on peut regarder l'ensemble des enregistrements journaliers animal par animal avec des graphes dynamiques mais c'est fastidieux... donc on fait beaucoup de graphiques de tendances ou suivis longitudinaux.
Les échelles sont celles du jour, de la semaine, du mois et de l'année mais des zooms dynamiques permettent aussi de descendre à la seconde pour avoir le début exact d'une réaction. Accessible via le site professionnel, on analyse des évolutions, on découvre des tendances ou des déviations cachées, on fait des inter- comparaisons entre sites.
On enrichit ainsi chaque jour des graphiques de tendance et on voit évoluer pas à pas divers traits de vie. Par analogie avec la médecine hospitalière, on peut dire qu'on fait de l'exploration fonctionnelle pour dresser des bilans de santé journaliers et, par analogie avec la médecine du sport, les suivis longitudinaux.
|
|
|
Photo: Mikhail Makarov |
Modélisation. A partir du site professionnel, on peut construire des ensembles de graphiques complexes qui décrivent différents traits de vie en termes éthologiques, chronobiologiques et/ou physiologiques et on les intégre à des descripteurs physiques comme la température, l'heure et l'amplitude des marées, l'heure du lever et du coucher du soleil, la saison, la météo. Quand les données sont disponibles on a aussi des mesures sur la quantité de plancton disponible, la turbidité et la salinité. Ces ensembles permettent de replacer dans une vue globale des observations qui seules ne seraient que des curiosités ou des faits. Ils permettent de tirer des conclusions ou des hypothèses avec une vision large et une prise de recul sur les évènements. Il faut juste accepter de ne pas être toujours dans l'instant ! On trouvera ci-dessous des exemples d'informations spécifiques disponibles en routine sur le site pro qui montrent la richesse et la complexité des analyses obtenues. Ce sont des analyses sur plusieurs mois de rythmes biologiques, d'index de croissance, un exemple d'enregistrement de ponte et un autre montrant pourquoi et comment on peut caractériser à la minute près la date de la mort d'un animal qui vivait à des milliers de km de nous. Enfin, on trouvera un exemple de perturbation en présence d'algues toxiques (vers un article-revue). |
|
Rythmes biologiques Visualisation par codes barres
Pour visualiser d'un coup d'oeil les rythmes biologiques d'un bivalve, savoir à quel moment il s'ouvre ou se ferme dans la journée, on symbolise ses états ouverts ou fermés par une série de traits foncés (fermés) ou clairs (ouverts) comme sur un code barre.
Pour avoir la vision d'ensemble chez un groupe on superpose l'ensemble des codes barres individuels. A droite, le comportement dans un parc ostréicole d'un groupe de 12 huitres le 4 Septembre 2011 (Golf du Morbihan). En bleu clair, les périodes ouvertes, en bleu sombre les périodes fermées. Le comportement global du groupe ainsi que les heures d'ouverture et de fermeture des individus est immédiatement visible (modélisé), mettant en avant ou non la variabilité inter-individuelle.
|
Pour mieux comprendre ce comportement, l'onde de marée et la photopériode du lieu et du jour sont systématiquement affichées à droite. Ces graphiques, appelés "résumés journaliers", sont produits automa-tiquement pour chaque site. |
 |
La représentation sur plusieurs mois
Si on superpose ces résumés journaliers sous forme de codes barres on obtient une vision globale du comportement du groupe sur des semaines, des mois, voir des années*.
* Pour 1 an, 3 informations étant relevées chaque 1/10 de seconde (le n° de l'animal enregistré, l'état d'ouverture, l'heure de la mesure), le graphe est alors composé de près d'1 milliard de données (941 700 000).
Sur le graphe ci contre on a une représention sur 4 mois. Il s'agit toujours du même groupe d'huitres étudié dans un parc ostréicole (début Aout à fin Novembre 2011). Si on regarde en parallèle les ondes de marées à droite et le comportement ouvert/fermé à gauche, la dérive journalière liée à la marée est évidente comme l'influence des coefficients de marées et celle de l'alternance de mortes eaux et de vives eaux. La vision globale montre aussi des fermetures journalières après le lever du jour.
La durée d'ouverture journalière évolue en permanence de façon rythmique. Toute déviation est immédiatement visible.
Pour en savoir plus: Tran et al, 2011, Chronobiology International, 28(4) 307-317 ; Mat et al., 2012, 29(7) 857-867; Mat et al., 2014. Mar. Biol. 161: 89-99. Applications. Suivre l'évolution des rythmes biologiques est un outil excessivement sensible pour appréhender au jour le jour l'impact, ou l'absence d'impact, d'une pollution, d'un site industriel (port ou usine) ou de tout autre activité humaine. La technique, en rendant lisible un trait de vie fondamental, l'expression de rythmes biologiques, fournit en temps réel de l'information, lisible par tous, partout où on peut utiliser un réseau téléphonique GPRS ou une connection internet. A ce jour, nous avons produit des états de référence dans l'Océan Atlantique, dans l'Arctique et en zone tropicale. Nous avons aussi enregistré quelques exemples de déviations de ces états de référence.
|
|
La croissance en ligne Principe La croissance des valves d'un bivalve a lieu via l'intérieur des valves, en face interne1, en incluant le bord des valves. Chaque jour, une ou deux couches de coquille est déposée. Et chaque fois qu'une couche est déposée, la distance minimale entre les électrodes (collées à l'extérieur des valves) augmente. Pour chaque individu on mesure 56 000 fois/jour la distance entre valves et on fait l'hypothèse qu'au moins une fois par jour l'animal a fermé totalement ses valves. On peut donc ainsi mesurer2 l'épaisseur de coquille produite journellement. On isole mathématiquement la distance minimale entre valves ce qui permet de dessiner des lignes de croissance.
2La résolution maximale est inférieure au micromètre (1/1000 de mm).
Aujourd'hui, nous avons produit des courbes de croissance de références pour des huitres, des pétoncles et des bénitiers dans différentes parties du monde allant de l'Océan Atlantique à l'Arctique et aux Tropiques. Prochainement des données sur la moule bleue et l'huitre perlière.
|
Actuellement cette technique est la seule au monde qui permet de faire une mesure de croissance journalière en ligne et à distance, chez un animal dans son milieu naturel. |
 |
L'exemple d'un an de croissance chez 15 bénitiers vivants dans le lagon sud de Nouvelle Calédonie. La vie de 15 bénitiers "rouleurs", Hippopus hippopus, présents sur un récif isolé du lagon sud de Nouvelle Calédonie a été étudiée depuis notre laboratoire d'Arcachon de Septembre 2007 à Aout 2008. Leur croissance et leur comportement ont été déterminés par sclérochronologie et Valvométrie HFNI. Un fait important est que les 2 techniques ont donné des résultats comparables validant ainsi notre technologie avec, en supplément, la capacité pour la valvométrie de démontrer qu'elle était continue tout au long de l'année (graphique ci contre). Un fait remarquable a été de montrer qu'Hippopus devait se sentir bien uniquement jusqu'à 27-28°C. Au delà, avec une exposition solaire maximum, le comportement des valves et la croissance devient erratique. L'idée est qu'à partir de 28°C et avec un ensoleillement excessif en été, on a un stress oxydant lié à la présence de zooxanthelles qui produit un excès de radicaux libres dans l'animal. Dans le contexte actuel du réchauffement global, ces données ont permis d'arriver à la conclusion que les bénitiers H. hippopus pourraient bien être déjà, en été, à la limite de leur plage de confort thermique dans la zone tropicale. Affaire à suivre bien évidemment. Pour en savoir plus: Schwartzmann et al. (2011) In situ giant clam growth rate behavior in relation to temperature: a one year coupled study of high-frequency non-invasive valvometry and sclerochronology. Limnol. Oceanogr. 56(5): 1940-1951 Applications. Ces observations chez les bénitiers sont importantes non seulement pour suivre l'impact du réchauffement global sur les récifs tropicaux mais aussi pour montrer la capacité de MolluSCAN eye à suivre à distance l'état d'un milieu tropical exposé à une activité industrielle. La technique permet donc de gérer de façon responsable ces activités, en temps réel et par contrôle à distance, en donnant d'abord l'information aux industriels puis aux protecteurs de l'environnement et aux décideurs. |
|
La vie, la mort au début, les pontes, miracle de la vie
La ponte est un évènement bref dans l'année (quelques minutes) mais critique et d'une importance clé pour les espèces. L'enregistrer est fondamental pour estimer du bon ou mauvais état de santé d'une population. Nous captons et datons ces évènements chez les bivalves. On voit ici la ponte d'une huitre femelle Crassostrea gigas qui a eu lieu dans le Bassin d'Arcachon le 3 Aout 2008. Elle a débuté à 17h17 UTC et a duré 26 min. La fécondation est externe.
Observation intéressante, dans un groupe de 15-16 bivalves et sur les classes d'âge que nous utilisons, on a toujours près de 50% des individus qui pondent (chiffre classique dans toute population). Une diminution de ce rapport serait un signe de problème.
Aujourd'hui, nous avons enregistré des pontes des Tropiques à l'Arctique, chez différerntes espèces d'huitres et des pétoncles (Crassostrea gigas, Pinctada margaritifera et Chlamys islandica). Pour en savoir plus: Bernard et al. 2016. In situ spawning in a marine broadcast spawner, the Pacific oyster Crassostrea gigas : Timing and environmental triggers. Limnology and Oceanography, 61: 635-647. Open Access version : http://archimer.ifremer.fr/doc/00312/42335/
|
 |
|
à la fin, la mort...
|
La mort correspond à l'arrêt des fonctions biologiques. Dater la mort en temps quasi réel, à distance, chez un bivalve est plutôt simple avec la mesure d'activité des valves. Nous datons la mort par la perte de tonus du muscle qui maintient les valves. Tout mouvement actif disparait, les valves s'écartent, béantes et inertes. Ci contre,on voit le moment précis de la mort d'une huitre dans le Bassin d'Arcachon le 20 Mai 2009 à 14h02. Avant la mort, l'activité d'un bivalve est très perturbée. En recherchant sur les enregistrements (stockés en totalité*) le début de la période perturbée on peut déterminer le début des problèmes de l'animal. Applications: révéler à distance une pollution mortelle. Si tout un groupe d'animaux meurt brutalement, aujourd'hui on est en droit de penser que ça peut ne pas être naturel. Si des animaux meurent régulièrement les uns après les autres, et qu'on découvre que les perturbations du comportement ont toutes démarrées à la même période, on doit soupçonner une cause commune. Hypothèse évidente dans un milieu à risque, un changement de qualité d'eau, même s'il n'a été que transitoire. Même s'il n'a été noté par personne parce qu'il n'a pas provoqué de mort massive et immédiate. Une enquête s'impose. En médecine humaine, on connait tous des exemples de contaminations accidentelles qui provoquent des impacts décalés dans le temps. Dans le milieu aquatique il faut raisonner de la même manière. *sur 3 sites géographiquement distincts pour plus de sécurité |
|
Des perturbations très visibles du comportement en cas d'intoxication
Ex: Algues toxiques et non toxiques Lorsqu'une huitre mange des algues toxiques, son comportement varie et la perturbation est très reconnaissable. Ci dessous, deux algues non toxiques de taille très différentes (Isochrysis et Heterocapsa) et une algue toxique (Alexandrium). Barre d'échelle, 10 µm
Les enregistrements ci contre montrent le comportement de l'huitre Crassostrea gigas - présente sur nos côtes - en train de manger ces différentes algues. En haut et au milieu, les 2 algues non toxiques, Isochysis (en haut) et Heterocapsa (au mlieu). En bas, l'algue toxique, Alexandrium minutum. Chaque graphique représente une journée d'enregistrement. Quand l'huitre mange l'algue toxique son comportement est très perturbé. L'amplitude d'ouverture des valves est diminuée pratiquement de moitié, les valves sont très agitées, les mouvements sont nombreux et de faible amplitude et la durée de fermeture journalière (durée de repos métabolique, leur durée de "sommeil") est également diminuée. Applications: révéler à distance et alarmer de l'arrivée et la présence d'algues toxiques
Pour en savoir plus:
Tran et al. (2010) Behavioral responses of Crassostrea gigas exposed to the harmful algae Alexandrium minutum. Aquaculture. 298: 338-345
Haberkorn et al. (2011) Relationship between valve activity, microalgae concentration in the water and toxin accumulation in the digestive gland of the Pacific oyster Crassostrea gigas exposed to Alexandrium minutum. Mar. Poll. Bull. 62: 1191-1197
Mat et al. (2013) Genetic and genotoxic impacts in the oyster Crassostrea gigas exposed to the harmful alga Alexandrium minutum. Aquatic Toxicology. 140-141: 458-465
Tran et al. (2015). The toxic dinoflagellate Alexandrium minutum disrupts daily rhythmic activities at gene transcription, physiological and behavioral levels in the oyster Crassostrea gigas. Aquatic Tox. 158:41-49
|
|
