Long-term consequences of early exposure to hypoxia on the physiology of European sea bass (Dicentrarchus labrax) and common sole (Solea solea)
Conséquences à long terme d'une exposition précose à l'hypoxie sur la physiologie du bar européen (Dicentrarchus labrax) et de la sole commune (Solea solea)
Résumé
The dissolved oxygen in seawater has steadily declined in many coastal marine ecosystems in the last 50 years because of global warming and increasing coastal human activities. This decrease in oxygen in seawater causes episodes of hypoxia increasingly frequent and severe in coastal and estuarine areas. Some organisms may escape these environmental constraints by migration or dispersion. Others, with limited swimming capabilities must implement physiological regulation (phenotypic plasticity) to enable them to adapt and survive. This is particularly the case of marine fish larvae that are likely to be present in coastal nursery at the end of their development. It is now well established that the regulations implemented by organisms to cope with their environment during the early stages of life can imprint their physiological function in the long-term and change their life trajectory. While much information on early conditioning is available in the field of medicine, knowledge of these effects in marine organisms in an ecological context are still very fragmentary. Therefore, the main objective of this thesis was to evaluate the physiological consequences, not only in the short-term but especially in the long-term, of an exposition to a moderate hypoxia (8 days, 40% air saturation) of marine fish at the end of larval development. Another originality of this work was based on the comparison of adaptive responses implemented in two species, one pelagic ─ European sea bass (Dicentrarchus labrax) ─ and one benthic ─ the common sole (Solea solea). Our results have allowed us to show a significant long-term effect of early hypoxic stress on the physiological performance of juvenile and especially their growth. Juveniles of European sea bass and juveniles of common sole have, respectively, lower and higher growth after being exposed to a hypoxic environment in the larval stage. The negative effect on growth observed in sea bass was due, in part, to lower energy assimilation as a consequence of an impact on the digestive function. Moreover, molecular analyzes in the liver of sea bass juveniles indicate an impregnation at the transcriptional level of the expression of genes involved in the response to hypoxia. The positive effect observed on the growth of sole juveniles is associated with better tolerance to thermal and hypoxic stress and a decrease in metabolic scope. The results obtained in European sea bass and common sole suggest that changes in energy allocations could explain the physiological performances observed in the long-term. Globally, all the data obtained in this thesis underline the importance of the environmental parameters encountered by fish during their young life stages on their future physiological performances. Such physiological impregnation by the early environment is species-specific, revealing potential different adaptation strategies.
L’oxygène dissous dans l’eau de mer a régulièrement baissé dans de nombreux écosystèmes marins côtiers ces 50 dernières années du fait du réchauffement climatique et des activités humaines côtières croissantes. Cette diminution de l’oxygène présent dans l’eau de mer provoque des épisodes d’hypoxie de plus en plus fréquents et sévères dans les zones côtières et estuariennes. Certains organismes peuvent échapper à ces contraintes environnementales par migration ou dispersion. D’autres, présentant des capacités de nages plus réduites, doivent mettre en oeuvre des régulations physiologiques (plasticité phénotypique) pour leur permettre de s’adapter et survivre. C’est notamment le cas des larves de poissons marins qui sont susceptibles d’être présentes dans les nourriceries côtières à la fin de leur développement. Il est aujourd’hui bien établi que les régulations mises en oeuvre par les organismes pour faire face à leur environnement durant les jeunes stades de vie peuvent imprégner leur fonctionnement physiologique sur le long-terme et modifier leur trajectoire de vie. Si de nombreuses informations relatives aux conditionnements précoces sont disponibles dans le domaine médical, les connaissances de ces effets chez les organismes marins dans un contexte écologique sont encore très fragmentaires. L’objectif principal de ce travail de thèse a donc été d’évaluer les conséquences physiologiques, non seulement à court-terme mais surtout à long-terme, d’une exposition de poissons marins en fin de développement larvaire à une hypoxie modérée (8 jours, 40% de saturation à l’air). L’autre originalité de ce travail reposait sur la comparaison des réponses adaptatives mises en oeuvre chez deux espèces, l’une pélagique ─ le bar Européen (Dicentrarchus labrax) ─ et l’autre benthique ─ la sole commune (Solea solea). Nos résultats nous ont permis de montrer un effet significatif à long-terme de la contrainte hypoxique précoce sur les performances physiologiques des juvéniles et notamment sur leur croissance. Les juvéniles de bars et de soles présentent respectivement de plus faibles et de plus fortes croissances après avoir été exposés à un environnement hypoxique au stade larvaire. L’effet négatif sur la croissance observé chez le bar s’explique, au moins en partie, par une moins bonne assimilation énergétique due à un impact sur la fonction digestive. Les analyses moléculaires réalisées au niveau hépatique chez le juvénile de bar révèlent, par ailleurs, une imprégnation au niveau transcriptionnel de l’expression de gènes impliqués dans la réponse à l’hypoxie. L’effet positif observé sur la croissance des juvéniles de sole est associé à une meilleure tolérance aux stress thermiques et hypoxiques et à une diminution du registre métabolique. Les résultats obtenus chez le bar et la sole suggèrent que des modifications d’allocations énergétiques sous-tendent les effets observés à long-terme sur les performances physiologiques. Plus globalement, l’ensemble des données obtenues au cours de cette thèse soutiennent l’importance que revêt la nature de l’environnement rencontré par le poisson au cours de ses jeunes stades de vie sur ses futures performances physiologiques. Nos résultats indiquent par ailleurs que l’imprégnation physiologique par l’environnement est espèce-spécifique révélant des probables stratégies d’adaptation différentes suivant les espèces.
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