L'importance relative de l'eau et de la nourriture comme vecteurs d'accumulation du cadmium chez le bivalve d'eau douce Pyganodon grandis.

La dégradation des écosystèmes aquatiques marins et d’eaux douces par les
\ncontaminants, tels que les métaux, est étudiée depuis plusieurs décennies. Dans ce
\ndomaine, l’utilisation de mollusques comme biomoniteurs se fait de plus en plus
\ncommune. En effet, les mollusques sont utilisés pour évaluer l’étendue et l’impact de la
\npollution métallique dans une région. Leur durée de vie relativement longue, leur
\ntolérance à des concentrations internes élevées de métaux et leur taux de dépuration lent
\npermettent l’utilisation de mollusques comme biomoniteurs à long terme. Cependant, la
\ntrès grande majorité des études consacrées à l’accumulation des métaux chez les
\nmollusques se sont portées sur des espèces marines. Quelques efforts récents ont été faits
\nces dernières années pour ajouter des espèces d’eau douce à la liste de biomoniteurs; un
\ncandidat potentiel serait le bivalve Pyganodon grandis.
\nDe nombreuses études récentes, qui ont suivi les changements spatiaux et temporaux des
\nconcentrations en Cd chez ce bivalve, ont démontré qu’il y a une bonne relation entre les
\nconcentrations en Cd chez P. grandis et les concentrations de Cd dans son
\nenvironnement. Cependant, ces études n’ont pu déterminer par quel(s) vecteur(s), l’eau
\nou la nourriture, provenait le Cd. Avant que P. grandis ne puisse être pleinement
\nexploité comme biomoniteur, il serait important de savoir si ce mollusque accumule les
\nmétaux par ingestion ou via l’eau ambiante (ou par les deux vecteurs).
\nL’objectif global de cette étude était donc de déterminer l’importance relative de l’eau et
\nde la nourriture comme vecteurs d’accumulation de Cd chez le bivalve d’eau douce
\nPyganodon grandis. Afin d’évaluer l’importance relative de chaque vecteur comme
\nsource de Cd, le bivalve devait être exposé à une source de Cd à la fois, c'est-à-dire des
\nexpositions séparées au Cd aqueux et alimentaire. Les résultats de ces expériences ont
\nété intégrés dans un modèle de bioaccumulation qui a permis de prédire l’importance de
\nchaque vecteur pour divers scénarios d’exposition.
\nDes spécimens adultes de P. grandis ont été recueillis dans un lac peu contaminé de la
\nrégion de Rouyn-Noranda et transportés au laboratoire à Québec afin d’établir une
\nculture mère. Dans une première série d’expériences, les bivalves ont été exposés à une
\ngamme de concentrations de Cd dissous (0,1; 0,5; 5 et 20 nM) pour une période de 96 h.
\nAfin de faciliter l’alimentation des animaux, les bivalves ont été enlevés de l’aquarium
\nd’exposition et mis dans une chambre expérimentale, remplie d’eau non contaminée, et
\nnourris avec des algues non contaminées. Les taux de filtration des bivalves ont été
\nmesurés durant ces périodes d’alimentation. Dans des expériences subséquentes, les
\nbivalves ont été nourris d’algues vertes (Pseudokirchneriella subcapitata) contaminées
\nen Cd pendant 4 périodes d’alimentation de 4 h. Après la dernière exposition, les
\nbivalves ont subi une période de dépuration de 8 j. Les taux de filtration des bivalves ont
\nété mesurés durant l’expérience d’alimentation afin de calculer les taux d’ingestion des
\nbivalves et l’efficacité d’assimilation du Cd ingéré. Dans une dernière expérience, la
\nrépartition subcellulaire du Cd a été déterminée chez des bivalves exposés au Cd aqueux
\nou alimentaire dans le but d’observer si l’accumulation du Cd dans les fractions
\nsubcellulaires changeait selon la provenance du métal.
\nNos résultats ont montré que le devenir interne à court terme du Cd chez P. grandis
\ndépend de la provenance du métal. Lorsque le Cd provient de la phase aqueuse, la
\nmajorité du Cd s’accumule dans les branchies des bivalves, notamment dans les
\ngranules, tandis que lorsque le Cd provient d’une source alimentaire, le Cd se dirige
\nsurtout vers la glande digestive où il s’associe à la fraction cytosolique de cet organe.
\nNos expériences ont aussi démontré que le taux de filtration a une influence significative
\nsur l’accumulation du Cd dans les branchies de P. grandis, les concentrations de Cd
\nbranchial étant plus élevées chez les animaux ayant un taux de filtration élevé. D’autres
\nexpériences seraient cependant nécessaires afin d’explorer l’influence du taux de
\nfiltration sur l’accumulation du Cd chez P. grandis. D’autre part, les expériences avec le
\nCd alimentaire ont démontré que le taux d’ingestion influait sur l’efficacité
\nd’assimilation du Cd alimentaire, l’efficacité d’assimilation étant plus élevée chez les
\nanimaux ayant un taux d’ingestion faible.
\nLes résultats de cette thèse, obtenus dans des conditions de laboratoire, suggèrent que
\nl’eau est la source majeure de Cd chez P. grandis dans son habitat naturel. Cette
\nconclusion aidera dans l’interprétation des variations spatiales et temporelles des
\nconcentrations en Cd chez P. grandis, puisque nous pourrons dorénavant présumer que
\nces variations reflètent des changements qui ont eu lieu dans les concentrations de Cd
\ndissous. Cependant, le modèle de bioaccumulation du Cd utilisé durant cette étude n’a
\npu prédire de manière satisfaisante la concentration de Cd branchiale mesurée chez les
\nbivalves recueillis de lacs de la région de Rouyn-Noranda, les concentrations prédites
\nétant jusqu’à 10 fois inférieures aux concentrations mesurées. Nos expositions au Cd
\naqueux et alimentaire menées au laboratoire n’ont pas été conçues pour simuler les
\nconditions du terrain. Par exemple, la concentration en Ca dissous retrouvée dans l’eau
\nsynthétique utilisée pour l’exposition des bivalves au Cd aqueux et alimentaire était
\nnettement plus élevée que celles observées dans les lacs de la région de Rouyn-Noranda.
\nIl est possible que ces concentrations élevées en Ca aient diminué l’accumulation du Cd
\nchez P. grandis durant nos expériences. Par ailleurs, les concentrations de Cd calculées
\npour la glande digestive se conformaient plutôt bien aux valeurs observées, le modèle
\nayant pu prédire adéquatement la concentration en Cd dans la glande digestive chez les
\nbivalves recueillis dans la majorité des lacs. Nos résultats démontrent aussi le besoin
\nd’autres expériences, portant notamment sur l’influence de la densité algale et du type de
\nnourriture sur l’accumulation du Cd par la voie alimentaire, ainsi que sur les
\nconcentrations en Cd retrouvées chez les populations d’algues naturelles.<br /><br />Contamination of marine and freshwater environments by metals has become a global
\nproblem. Several attempts have been made in recent years to use aquatic species as
\nsentinel organisms, as they can reveal spatial and temporal variations in bioavailable
\nmetal concentrations and overall water quality. The use of bivalves as sentinels has
\nbecome common practice as their relative long life-spans, their tolerance of high internal
\nmetal concentrations and their slow depuration rates allow them to be used as long-term
\nbiomonitors. However, the vast majority of past research on metal accumulation in
\nmolluscs has been focused on marine species. There has been some interest in recent
\nyears for adding freshwater bivalves to the list of sentinel organisms; one potential
\ncandidate is the freshwater bivalve, Pyganodon grandis.
\nRecent spatial and temporal studies have shown a strong relationship between Cd
\nconcentrations in P. grandis and Cd concentrations in its environment. However, these
\nstudies were unable to determine whether P. grandis accumulated Cd from the dissolved
\nor particulate phase (or both). If this bivalve is to be used as a Cd biomonitor, it is
\nimportant to complement the field studies with laboratory studies that determine the
\nfiltration, ingestion and efflux rates, as well as Cd assimilation efficiencies from water
\nand food, for this organism. The results from these laboratory studies could then be used
\nin a bioaccumulation model to estimate the relative importance of waterborne and dietborne
\nCd as sources of Cd for this bivalve.
\nThe main objective of the present study was thus to determine the relative importance of
\nwater and food as sources of cadmium for the freshwater bivalve, Pyganodon grandis. In
\norder to better evaluate cadmium uptake from either food or water, the animals were
\nexposed to one source at a time, meaning separate aqueous and dietary exposures. The
\nresults of these experiments were then used in a bioaccumulation model to predict the
\nrelative importance of each pathway as a source of Cd for P. grandis.
\nAdult specimens of P. grandis were collected from a lake having low trace-metal
\nconcentrations in the mining region of Rouyn-Noranda, and were transported to Quebec
\nCity to establish a stock culture in the laboratory. In a first series of experiments,
\nbivalves were exposed to several different concentrations of dissolved Cd (0.1, 0.5, 5.0
\nand 20 nM) during short-term experiments (96 h). During these experiments, the
\nbivalves were removed from their exposure aquaria and allowed to feed on noncontaminated
\nfood in a Cd-free medium for 4 h, during which time bivalve filtration
\nrates were measured; these filtration rates were then used to calculate Cd absorption
\nefficiencies from the inhaled water. In second series of experiments, bivalves were fed
\nCd-contaminated algae (Pseudokirchneriella subcapitata) during 4 x 4-h feeding periods
\nand allowed to depurate for 8 days follow the exposure to dietary Cd. Bivalve filtration
\nrates were measured during the feeding experiments in order to calcula

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