Etude de l’énergétique de la maturation chez le poisson zèbre, Danio rerio

1. Etude de l’énergétique de la maturation chez le poisson zèbre, Danio rerio S. AUGUSTINE B. GAGNAIRE C. ADAM-GUILLERMIN S.A.L.M. KOOIJMAN Une étude des liens entre le développement et la nutrition Ecologie 2010, Montpellier 03/09/2010

2. Téléostéens > Cypriniformes > Cyprinidés > Danio > rerio Etude des effets toxiques de l’uranium sur le poisson zèbre, Danio rerio 6 mm • Eau douce • Originaire d’Inde • Très étudié en biologie développementale, médecine, comportement, ecotoxicologie … 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) 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)

3. 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.

4. Contexte écologique : Relations entre l’individu et son environnement Nourriture Température Concentration interne de tous les composés La gamme de concentrations insuffisant n’existe pas pour un élément non essentiel comme l’uranium Hypothèse d’une nutrition constante pour chaque jeu de données utilisé pour estimer les paramètres INSUFFISANT Les taux métaboliques dépendent de la température ASSEZ TROP Concentration interne en un composé X Les différents jeux de données sont ramenés à une température de référence pour l’estimation des paramètres 0 Réponse fonctionnelle normalisé f : 0<f<1 NEC 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 !

5. 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 NAISSANCE >90 jours 2-3 cm 5 jours 0.45 cm

6. Concept de MATURITE 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 Nourriture Embryon : Assimilation Mobilisation Fèces Fraction қ mobilisé Pas d’assimilation externe Allocation à la maturité Juvénile : Fraction (1-қ) mobilisé Réserve Assimilation externe Allocation à la maturité Adulte : Assimilation externe Allocation à la reproduction 1-қ қ Maintenance de la maturité Maintenance somatique Reproduction Structure Maturité Œufs

7. Résultats : Stade embryon et juvénile Température : 28.5 °C Kimmel et al. 1995 Schilling 2002 f = 1 f = 0.7 Longueur, cm Pas de croissance pendant ce stade, le modèle ne prend pas en compte les détails liés aux premières divisions cellulaires Jours post fécondation

8. Résultats : Croissance et vieillissement Lawrence et al. 2008 Gerhard et al. 2002 ( 28 °C) ( 26°C) f1 = 0.8 f2 = 0.65 x f1 f = 0.99 Longueur, cm Survie, - Jour post fécondation Jour post fécondation

9. Résultats : Croissance et reproduction à trois niveaux de nutrition Acclimatation : f=1 f1 = 0.595 Longueur, cm f2 = 0.96 x f1 f3 = 0.89 x f1 Jour post fertilisation # œuf cumulé jour-1 Jour post fertilisation

10. Résultats : observations « 0 dimensions » NOM UNITE REF. DONNEES MODELE Diamètre d’un œuf Spence et al 2008. cm 0.07 0.076 Poids sec d’un œuf µg Pers. obs. 70 50.64 (sans enveloppe) Taux de reproduction maximale (26°C) B. Geffroy pers. comm # jour-1 240 92.01 Âge à la naissance (28°C) Parichy et al 2009. 5 2.27 jour Taille à la naissance Parichy et al 2009. 0.28 cm 0.45 Âge à la puberté (28°C) Schilling 2002 jour 109.1 >90 Taille à la puberté Schilling 2002 cm 2-3 4.11 Schilling 2002 cm 4-5 Taille maximale 4.90

11. Âge à la naissance, jour f Discussion : relations taille – âge – nutrition à la puberté et à la naissance NAISSANCE PUBERTE Relations qualitatives réalistes : -L’âge à la naissance diminue avec l’augmentation de la nutrition des parents -La longueur à la naissance est indépendante de la nutrition des parents Relations qualitatives réalistes : -Poissons mieux nourris atteignent la puberté plus rapidement -Poissons mieux nourris sont plus grands à la puberté Age à la naissance et taille sous estimée par rapport aux observations Longueur à la puberté, cm Âge à la puberté, jour f f Par contre, les valeurs quantitatives ne corroborent pas avec les observations. …

12. 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.

13. 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…

14. Merci beaucoup pour votre attention …