Les espèces sentinelles et clef de voûte
Article inspiré d'un article écrit par le Dr Brigitte BERTHET présent dans l'ouvrage « Les biomarqueurs dans l'évaluation de l'état écologique des milieux aquatiques », Editions Tec et Doc, Lavoisier
Rédacteur : Olivier Neuckens ; E-mail : oneuckens@meretlittoral.com
Date de publication :17/11/08
Problématique
Les technologies d'analyse deviennent avec le progrés technique de plus en plus pointues et performantes. Elles font apparaître de nouvelles substances xénobiotiques ainsi que leurs métabolites souvent aussi toxiques, dans tous les compartiments du vivant et du milieu physique (les compartiments des biocénoses et des biotopes).
C'est en particulier le cas des perturbateurs endocriniens (les hormones, certains pesticides etc...) qui rendent certaines espèces stériles, même à très faible dose, entraînant leur disparition ou la diminution de leur abondance et parfois une atteinte de la biodiversité si on est en présence d'une espèce clé (cf plus bas) sensible.
Mais les technologies dont nous parlons ne sont pas capables de prédire l'action des pollutions sur les entités biologiques qui vont de l'ADN jusqu'aux écosystèmes en passant par les populations, entre autres.
Insuffisance de prédiction des tests ex situ
Il est donc nécessaire d'utiliser le vivant pour prédire l'action des contaminants et autres pollutions sur le vivant et dans certains cas, in fine, sur l'homme.
Des tests ex situ ont d'abord été mis en place en particulier grâce à la célèbre Daphnie dont on peut dire qu'elle ne prévoyait que fort peu les différents effets de pollutions sur les entités biologiques. Car d'une part, elle ne mesurait que l'impact au niveau populationnel, et d'autre part il se peut que les daphnies soient naturellement résistantes à différentes conditions du milieu dont l'arrivée de polluants est une instance.
En outre cette méthode test ne prend pas en compte l'effet du biotope, des biocénoses, des conditions écologiques physiques et chimiques (T°, salinité, potentiel d'oxydoréduction, présence de molécules à effet antagoniste ou synergique) et de leur interactions mutuelles face à l'arrivée d'une pollution
Le concept d'espèce sentinelle
Il est déjà connu et utilisé dans le cadre du ROC (ex RNO)où les moules et les huîtres utilisées sont les espèces sentinelles. En effet, immergées dans des casiers le long du Littoral, elles ont comme propriété d'accumuler les contaminants chimiques en étant peu affectées par ces derniers. L'analyse chimique des polluants dans la chair, ou de molécules (biomarqueurs) intervenant dans le phénomène de résistance, de réaction et de métabolisation devient beaucoup plus facile.
Les perturbations engendrées par les polluants vont affecter successivement les entités biologiques de plus en plus organisées et complexes.
Une idée répandue est qu'en surveillant une espèce très sensible à certaines pollutions , on peut très vite être alerté d'une pollution éventuelle avant qu'elle ne cause de dégâts à des niveaux biologiques organisés élevés.
Plus les mesures prises de réduction des flux polluants sont tardives
(par exemple lorsqu'on observe des modifications de l'écosystème globalement) plus le temps de remédiation ( retour à un état satisfaisant de l'ecosystème ) sera long voire impossible, aboutissant pour l'écosystème à la pérennisation de stades dégénérés (phénomène d'hystérésis écologique). D'où l'intérêt d'utiliser des biomarqueurs sur des espèces réagissant vite ou fortement à une pollution nouvelle ou chronique. L'espèce utilisée sera la plus sensible et on l'appellera « espèce sentinelle »
Outre sa grande sensibilité à certains polluants, l'espèce sentinelle (ou les espèces sentinelles) devra satisfaire à certains critères nécessaires :
- la sédentarité des populations, pour pouvoir mesurer l'état de pollution de la zone étudiée et pas d'une autre dans le cas où on utiliserait des espèces vagiles (par exemple les poissons non sédentaires). Ces espèces sédentaires appartiendront donc au benthos dans la majorité des cas. Elles seront sessiles ou très faiblement mobiles comme les oursins ou les étoiles de Mer- leur facilité d'identification, de capture et de récolte. Une bonne connaissance de l'écologie de/des espèces sentinelles est nécessaire en particulier la réponse des espèces face aux variations naturelles de l'environnement afin de cerner l'effet d'une pollution en écartant le « bruit » résiduel naturel (réaction face aux variations de température, salinité, compétition interspécifique etc...- une taille de population assez importante afin que les prélèvements effectués ne soient pas à l'origine de phénomènes par exemple de dérive génétique ou de réduction de la diversité génétique par le phénomène de « goulot d'étranglement ». L'impact du prélèvement doit être négligeable.- une aire de dispersion large et connue permettant les comparaisons entre différents sites plus ou moins pollués et impactés. Pour que cette condition soit remplie et étant donné que les espèces cosmopolites sont rares, on pourra utiliser des variants spécifiques (exemple : au lieu de prendre des moules ou des huîtres d'une seule espèce, on ajoutera des espèces proches de part leur réaction aux pollutions dont on étudie l'occurrence)- une longévité de plusieurs années et une résistance aux polluants présents :
la longévité permet aux espèces sentinelles d'avoir le temps d'accumuler assez de contaminants pour la faisabilité d'une analyse chimique des biomarqueurs la résistance aux polluants permet aux espèces sentinelles de ne pas disparaître - des relations dose /effet et cause/effet doivent pouvoir être établies ; c'est souvent ici que « le bas blesse » car les facteurs biotiques (compétition interspécifique, de prédation, les différentes stratégies de reproduction etc...) et abiotiques (température, salinité, hydrodynamisme, présence de lumière plus ou moins forte selon la profondeur etc..) modifient les réponses des espèces sentinelles à des polluants. Le bruit de fond est alors trop fort pour distinguer l'effet du/des contaminants. Ainsi, plus que des valeurs seuil à rechercher, il paraît plus efficace d'assurer un suivi régulier de la concentration des biomarqueurs, ce qui donne plus de chances de détecter une variation significative de la courbe. D'autre part l'évolution des concentrations de biomarqueurs dans les espèces sentinelles doivent suivre l'évolution des concentrations en contaminants : c'est la relation dose/effet- la biologie de l'espèce : toujours pour discerner le signal du bruit de fond, car il existe une variabilité intraspécifique des réponses. Ainsi nous pourrons différencier les changements dus aux contaminants, des fluctuations naturelles (exemple : sexe , stress, température de l'eau ; période de reproduction). Le mieux serait évidemment de ne prendre en considération des espèces sentinelles avec un mode de reproduction presque uniquement végétatif pour travailler sur un clone (c'est le cas des Posidonies et des hydraires par exemple). Parallèlement, nous aurons soin de mesurer la concentration des biomarqueurs dans les espèces sentinelles des zones peu ou pas polluées, qui servira de témoin.
Mise en place d'une biosurveillance atypique et novatrice
« Toute sélection d'espèces sentinelles doit pouvoir se justifier par un lien reconnu avec la structure ou le fonctionnement de l'écosystème en question »afin de déterminer grâce à l'analyse chimique des biomarqueurs l'état de santé et l'évolution de l'écosystème en question.
Les espèces utilisées jusqu'à maintenant ne remplissaient que mal cette fonction car elles étaient choisies presque en fonction d'un critère unique tel que la facilité de prélèvement etc.. . Il est important de trouver un système utilisant les biomarqueurs d'espèces sentinelles pour détecter les pollutions les plus probables pour tous les types d'écosystèmes de la Méditerranée à savoir : les écosystèmes
- limniques sableux
- limniques vaseux
- à Posidonies
- à coralligène
- des grottes
- de la colonne d'eau
Ce genre de système a été testé lors du projet Ecoman (Galloway et al, 2004) qui préconise une approche multispécifique où les espèces sentinelles sont sélectionnées sur la diversité et complémentarité de leur biotopes (cf ci-dessus) ainsi que leur stratégie alimentaire (filtreurs, détritivores, brouteurs, prédateurs) pour déterminer l'évolution de la santé des écosystèmes.
Si cette approche écologique est indispensable, elle peut être confortée par la notion d'espèce « clé » ou « clef de voûte » qui se révélera être un critère majeur pour valider le choix des espèces.
Une espèce « clef de voûte » peut être définie comme une espèce dont la disparition affecterait de manière très importante le fonctionnement de l'écosystème en bouleversant les équilibres biologiques et en modifiant les abondances, certaines espèces pouvant même disparaître. Par exemple, la disparition d'un top-prédateur qui régulait par son activité de prédation les populations cibles les rend moins sujettes à leur compétition interspécifique. Sa disparition entraîne la prolifération des espèces les plus compétitives et la diminution voire l'extinction de celles ayant une moindre fitness et la modification de leur succession temporelle. Une espèce « clef de voûte » peut aussi être une espèce à la base de la pyramide trophique comme c'est le cas de la Posidonie.
Les éponges de certains écosystèmes à l'instar des moules et des huîtres, contribuent à la clarté des eaux favorable au développement d'espèces photophiles comme les algues et magnélophytes en filtrant continuellement l'eau et en retenant les particules organiques , sources de turbidité. Ces éponges, en clarifiant l'eau et en permettant la vie peuvent être considérées comme « clé de voûte.
Une espèce « clef de voûte », si elle peut être une espèce sentinelle c'est à dire sensible à certains polluants est à prendre en grande considération, car la diminution de son abondance peut perturber tout un écosystème. Il sera important de prendre les mesures nécessaires pour que l'écosystème et la biodiversité n'en soient pas affectés.
En Méditerranée, certaines étoiles de mer ont un tel rôle et pourraient, pour un type de biotope donné (l'infralittoral rocheux) servir d'espèce sentinelle et clef de voûte. Idem de la Posidonie en Méditerranée !
