Transcript Diapositive 1

Etude de l’énergétique de la
maturation chez le poisson
zèbre, Danio rerio
Une étude des liens entre le développement et la nutrition
S. AUGUSTINE
B. GAGNAIRE
C. ADAM-GUILLERMIN
S.A.L.M. KOOIJMAN
Ecologie 2010, Montpellier
03/09/2010
Perturbations environnementales liés à la présence d’un
contaminant dans l’eau : l’uranium
L’Uranium est un élément présent naturellement dans l’environnement. Sa
concentration locale peut être augmentée par les activité anthropiques (cycle du
combustible du nucléaire)
Etude des effets toxiques de l’uranium sur le poisson zèbre, Danio rerio
Téléostéens > Cypriniformes > Cyprinidés > Danio > rerio
6 mm
• Eau douce
• Originaire d’Inde
•Très étudié en biologie
développementale, médecine,
comportement, ecotoxicologie …
Objectif :
(1) Modéliser la biologie du poisson zèbre sur tout le cycle de vie.
(2) Utiliser le modèle pour déterminer les effets toxiques de l’uranium
Théorie des bilans dynamiques d’énergie DEB (Kooijman 2010)
Objectif : paramétrer un modèle standard DEB (Kooijman 2010) sur
l’ensemble des données du poisson zèbre en milieu non contaminé
Pouvons nous décrire l’écophysiologie d’un individu tout au long de son cycle de
vie avec un même jeu de paramètres?
Méthodologie :
1 Réunir les données publiées dans la littérature sur la physiologie du poisson
2 Il manquait des données sur l’observation simultanée de la reproduction et la
croissance d’un individu à différents niveaux de nutrition => une expérience a été
conçue pour acquérir ce type de données
3
Inclure les données dans une routine Matlab et estimer les paramètres du
modèle sur la base de la totalité des observations.
4
Choisir un jeu de paramètres qui décrit le mieux l’ensemble des observations.
Contexte écologique : Relations entre l’individu et son environnement
Nourriture
Température
Concentration interne de tous
les composés
La gamme
de
Hypothèse
d’une
nutrition
constante
pour chaque
jeu
de données utilisé pour
INSUFFISANT
Les
taux
métaboliques
ASSEZ
dépendent
TROP
de
la
température
concentrations insuffisant
estimer les paramètres
Concentration
n’existe pas pour un
interne en un
élément non essentiel
comme l’uranium
composédeX
Les différents jeux de données sont ramenés à une température
référencefonctionnelle
pour l’estimation
des paramètres
0Réponse
NEC
normalisé
f : 0<f<1
Les effets au voisinage du NEC sont traduits par la modification d’un
paramètre du modèle => Importance d’avoir un jeu de paramètres réaliste
pour l’individu non exposé !
Présentation du cycle de vie du poisson zèbre utilisant les
définitions de la théorie DEB pour les stades de vie
-Densité de réserve de la mère =
densité de réserve à la naissance
-Coût d’un œuf (Kooijman 2009)
Adulte
Embryon
Juvénile
PUBERTE
>90 jours
2-3 cm
NAISSANCE
5 jours
0.45 cm
Schéma des flux énergétiques chez un individu selon le modèle
standard DEB
Schéma des flux énergétiques individuels (d’après Pecquerie et al. 2009)
Légende des flux énergétiques
Assimilation
Nourriture
Embryon :
Mobilisation
Fèces
Fraction қ mobilisé
Fraction (1- қ) mobilisé
Réserve
қ
Maintenance
somatique
1-қ
Maintenance
de la maturité
Pas
Juvénile :
d’assimilation
externe
Allocation à la
Assimilation
Adulte :
maturité
externe
Allocation à la
maturité
Assimilation
externe
Allocation à la
reproduction
Concept de
MATURITE
Structure
Reproduction
Maturité
Œufs
Résultats :
Stade embryon et juvénile
Température : 28.5 °C
Kimmel et al. 1995
Schilling 2002
f=1
f = 0.7
0.4
2
0.3
1.5
Longueur,
cm
0.2
1
0.1
0.5
0
0
Pas de croissance
pendant ce stade, le
modèle ne prend pas en
compte les détails liés
aux premières divisions
cellulaires
1
2
3
4
0
0
Jours post
fécondation
20
40
60
Résultats : Croissance et vieillissement
Lawrence et al. 2008
Gerhard et al. 2002
( 28 °C)
f1 = 0.8
( 26°C)
f2 = 0.65 x f1
f = 0.99
1
4
0.8
3
Survie, 0.6
-
Longueur,
cm
2
0.4
1
0
0
0.2
20
40
60
Jour post fécondation
80
100
0
0
500
1000
1500
Jour post fécondation
2000
Résultats : Croissance et reproduction à trois niveaux de nutrition
Acclimatation : f=1
3
f1 = 0.595
Longueur, cm
f2 = 0.96 x f1
2.5
f3 = 0.89 x f1
2
100
150
200
250
Jour post fertilisation
# œuf
cumulé
jour-1
600
600
10
500
500
8
400
400
6
300
300
200
200
100
100
4
0
120
140
160
180
200
0
2
120
140
160
180
Jour post fertilisation
200
0
120
140
160
180
200
Résultats : observations « 0 dimensions »
NOM
UNITE
REF.
DONNEES
MODELE
Diamètre
d’un œuf
cm
Spence et al
2008.
0.07
0.076
Poids sec
d’un œuf
µg
Pers. obs.
70
50.64 (sans enveloppe)
Taux de
reproduction
maximale (26°C)
# jour-1
B. Geffroy pers.
comm
240
92.01
Âge à la
naissance
(28°C)
jour
Parichy et al
2009.
5
2.27
Taille à la
naissance
cm
Parichy et al
2009.
0.45
0.28
Âge à la
puberté (28°C)
jour
Schilling
2002
>90
109.1
Taille à la
puberté
cm
Schilling
2002
2-3
4.11
Taille maximale
cm
Schilling
2002
4-5
4.90
Discussion : relations taille – âge – nutrition à la puberté et à la
naissance
NAISSANCE
PUBERTE
Relations
Relations qualitatives
qualitatives réalistes
réalistes ::
-L’âge
à la mieux
naissance
diminue
avec la
l’augmentation
de la nutrition des parents
-Poissons
nourris
atteignent
puberté plus rapidement
-La
longueur
à la nourris
naissance
indépendante
la nutrition des parents
-Poissons
mieux
sontest
plus
grands à la de
puberté
2.4
600
4.5
2.3
4
Âge àÂge
la à la 400 2.2
naissance,
puberté,
300
jour jour
2.1
3.5
Longueur
à la sous3
puberté,
2.5
cm
500
Age à la naissance et taille
estimée par rapport aux
observations
200
100
0.4
2
2
1.9
0.4
0.6
0.8
1.5
0.4
1
f
0.6
0.8
1
f
0.6
0.8
1
f
Par contre, les valeurs quantitatives
ne corroborent pas avec les observations. …
Conclusions :
Les données sur l’observation simultanée de la reproduction et la
croissance sont essentielles pour fixer la valeur des paramètres et
augmenter la précision du modèle.
Les seuls exemplaires de ce type de données ont été recueillis
lors de l’expérience sur la restriction calorifique présentée ici.
Mais le nombre de réplicats de couples pondeurs était faible.
L’inclusion de données supplémentaires de ce type augmenterait la
précision du modèle sur les âges et les tailles aux transitions entre stades
de vie.
Perspectives :
Des données issues d’une expérience de 3 mois portant sur les effets de l’uranium
sur la croissance et la reproduction ont été acquises
Le modèle sera ajusté sur ces données dans le but de trouver quel paramètre est
ciblé par l’uranium et d’extrapoler les conséquences de ces effets sur tout le cycle
de vie.
Le travail présenté ici était effectué dans un contexte d’études toxicologiques sur
les poisson zèbre. Par contre les applications du modèle sont nombreuses :
-Etude des liens entre le développement et l’environnement,
-Etude des effets de la restriction calorifique sur le vieillissement,
-Comparaison des effets de différents toxiques sur métabolisme,
-Étude de l’écophysiologie des téléostéens avec la comparaison des paramètres
d’autres espèces…
Merci beaucoup pour votre attention …