Sedimentary oxygen dynamics in a seasonally hypoxic basin: Sedimentary oxygen dynamics
Seasonal hypoxia refers to the oxygen depletion that occurs in summer in the bottom water of stratified systems, and is increasingly observed in coastal areas worldwide. The process induces a seasonal cycle on the biogeochemistry of the underlying sediments, which remains poorly quantified. Here, we investigated the sedimentary oxygen consumption within Lake Grevelingen (The Netherlands), a saline coastal reservoir that is impacted by yearly recurrent bottom water hypoxia. Monthly sampling campaigns were conducted throughout 2012 at three sites along a depth gradient. Macrofauna sampling and sediment profile imaging demonstrated how summer hypoxia strongly impacts the benthic communities below 15 m of water depth. Benthic fluxes of oxygen, dissolved inorganic carbon, total alkalinity, and ammonium were determined by closed core incubations, while oxygen depth profiles were recorded by microsensor profiling of sediment cores. Our results reveal a pronounced seasonality in the sedimentary oxygen consumption. Low uptake rates in summer were caused by oxygen limitation, and resulted in the build-up of an “oxygen debt” through the accumulation of reduced iron sulfides. Highest oxygen uptake rates were recorded in fall, linked to the reoxidation of the pool of iron sulfides in the top layer. However, uptake rates remained unexpectedly high during winter and early spring, likely associated with the oxidation of iron sulfides down to centimeters depth due to the electrogenic sulfur oxidation by cable bacteria. Overall, our results suggest that the sedimentary oxygen dynamic in seasonally hypoxic coastal systems is characterized by a strongly amplified “oxygen debt” dynamics induced by cable bacteria.
(Limnology and Oceanography. vol. 62, n° 0024-3590, pp. 452-473, 14/11/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Tissue-type plasminogen activator controls neuronal death by raising surface dynamics of extrasynaptic NMDA receptors
Abstract N -methyl- d -aspartate receptors (NMDARs) are ion channels whose synaptic versus extrasynaptic localization critically influences their functions. This distribution of NMDARs is highly dependent on their lateral diffusion at the cell membrane. Each obligatory subunit of NMDARs (GluN1 and GluN2) contains two extracellular clamshell-like domains with an agonist-binding domain and a distal N-terminal domain (NTD). To date, the roles and dynamics of the NTD of the GluN1 subunit in NMDAR allosteric signaling remain poorly understood. Using single nanoparticle tracking in mouse neurons, we demonstrate that the extracellular neuronal protease tissue-type plasminogen activator (tPA), well known to have a role in the synaptic plasticity and neuronal survival, leads to a selective increase of the surface dynamics and subsequent diffusion of extrasynaptic NMDARs. This process explains the previously reported ability of tPA to promote NMDAR-mediated calcium influx. In parallel, we developed a monoclonal antibody capable of specifically blocking the interaction of tPA with the NTD of the GluN1 subunit of NMDAR. Using this original approach, we demonstrate that the tPA binds the NTD of the GluN1 subunit at a lysine in position 178. Accordingly, when applied to mouse neurons, our selected antibody (named Glunomab) leads to a selective reduction of the tPA-mediated surface dynamics of extrasynaptic NMDARs, subsequent signaling and neurotoxicity, both in vitro and in vivo . Altogether, we demonstrate that the tPA is a ligand of the NTD of the obligatory GluN1 subunit of NMDAR acting as a modulator of their dynamic distribution at the neuronal surface and subsequent signaling.
(Cell Death and Disease. vol. 7, n° 2041-4889, pp. e2466-e2466, 10/11/2016)
UNICAEN, NU, INSERM, PhIND, UNICAEN, NU, INSERM, EFS Normandie - Rouen, EFS, Cyceron, UNICAEN, NU, CEA, CHU Caen Normandie, NU, INSERM, CNRS, BB@C, CHU Caen Normandie, NU, INSERM, IINS, UB, CNRS, CNAB, UB, CNRS, CBMN, UB, ENITAB, INC-CNRS, CNRS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, LPPM, UB, Sys2Diag, CNRS, INSERM
Fish Reproduction Is Disrupted upon Lifelong Exposure to Environmental PAHs Fractions Revealing Different Modes of Action
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) constitute a large family of organic pollutants emitted in the environment as complex mixtures, the compositions of which depend on origin. Among a wide range of physiological defects, PAHs are suspected to be involved in disruption of reproduction. In an aquatic environment, the trophic route is an important source of chronic exposure to PAHs. Here, we performed trophic exposure of zebrafish to three fractions of different origin, one pyrolytic and two petrogenic. Produced diets contained PAHs at environmental concentrations. Reproductive traits were analyzed at individual, tissue and molecular levels. Reproductive success and cumulative eggs number were disrupted after exposure to all three fractions, albeit to various extents depending on the fraction and concentrations. Histological analyses revealed ovary maturation defects after exposure to all three fractions as well as degeneration after exposure to a pyrolytic fraction. In testis, hypoplasia was observed after exposure to petrogenic fractions. Genes expression analysis in gonads has allowed us to establish common pathways such as endocrine disruption or differentiation/maturation defects. Taken altogether, these results indicate that PAHs can indeed disrupt fish reproduction and that different fractions trigger different pathways resulting in different effects.
(Toxics. vol. 4, n° 2305-6304, pp. 26, 28/10/2016)
BE, IFREMER, PAnTher, Oniris VetAgroBio, INRAE, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, LRHLR, HGS, IFREMER, LPGP, INRA, Biosit : Biologie - Santé - Innovation Technologique, UMR MARBEC, IRD, IFREMER, UM, CNRS
Entre marées et marais : retracer l'histoire du littoral du Médoc (Gironde, France)
La pointe nord du Médoc constitue un espace vulnérable qui a connu de profondes modifications au cours de l'Holocène. Le recul rapide du trait de côte se solde par la mise a nu d'horizons sédimentaires renfermant des vestiges archéologiques exceptionnels, en terme de densité et de degré de conservation. Depuis trois ans, un programme de recherche inter-disciplinaire s'est donné pour objectif de caractériser, topographier et dater les différentes formations sédimentaires et les sites archéologiques afin de restituer les grandes étapes de l'histoire du littoral nord-médocain sur la longue durée. Les activités humaines ont laissé des traces révélant une intense exploitation et fréquentation de ces zones humides datées entre le Néolithique et l'Antiquité tardive. La nature des sols a favorisé la conservation d'éléments organiques -tels que poteaux, aménagements en bois et végétaux...-, d'empreintes d'animaux, de chemins, de mobilier etc. Les nouvelles recherches permettent de replacer ces découvertes archéologiques dans un contexte chrono-stratigraphique précis et d'identifier les spécificités d'une économie littorale dans laquelle la production du sel occupe une place importante. La stratigraphie des dépôts met en évidence deux phases de sédimentation à caractère estuarien à l'emplacement de l'actuelle plage de l'Amélie. Les sédiments argilo-limoneux à l'affleurement présentent des faciès typiques de vasières intertidales, de prés-salés et de tourbières saumâtres. Ce secteur correspondait initialement à une dépression arrière dunaire, connectée aux rives de la Gironde et occupée par un marais maritime. L'étude des dépôts affleurants permet de tracer les limites Nord-Sud de cet ancien marais et d'identifier, entre les deux grandes phases de sédimentation, un événement érosif daté de l'âge du Bronze final, au cours duquel le marais s'ouvre aux influences marines. Cette chronologie et ce mode de remplissage sont similaires à ce qui a été observé dans les marais actuels du Nord-Médoc. Une période d'érosion des systèmes dunaires et de recul important du trait de côte est ici mise en évidence entre 1200 et 800 BC. Une seconde phase de sédimentation estuarienne débute vraisemblablement a la n du Bronze final, lorsqu'un nouveau complexe dunaire se met en place sur la péninsule du Nord-Médoc. Au début de notre ère, le système dunaire progresse vers l'intérieur des terres et les sables éoliens viennent recouvrir les dépôts estuariens. La datation des paléosols dunaires indique que les périodes d'activité éolienne et les phases de stabilité dunaire ne sont pas synchrones avec celles identifiées sur le littoral Aquitain. Tandis que la chronologie des dunes aquitaines semble déterminée principalement par le forcage climatique, celle des côtes du Nord-Médoc suppose également l'intervention de processus rétroactifs liés aux mouvements sédimentaires à l'embouchure de la Gironde.
(25/10/2016)
UBM, CNRS, LASCARBX, UB, UBM, LETG - Brest, LETG, UNICAEN, NU, UA, EPHE, PSL, UBO EPE, UR2, CNRS, IGARUN, UN, PRODIG, UP1, IRD, EPHE, PSL, UP4, UPD7, CNRS, Inrap, PACEA, UB, CNRS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, BioGeCo, INRA, UB
Accumulation de l’argent et du cuivre chez l’huître japonaise Crassostrea gigas : outils géochimiques pour une optimisation du message environnemental
L’analyse des données de biosurveillance (RNO/ROCCH, IFREMER, 2003-2014) des concentrations en argent (Ag) et cuivre (Cu) dans les huîtres sauvages de 13 sites de la côte atlantique française a montré des variations spatio-temporelles reflétant les pressions locales. De fortes relations entre Ag et Cu semblent en partie dues à des facteurs physiologiques impliqués dans leur bioaccumulation chez les huîtres. Le rapport élémentaire Cu/Ag a montré un potentiel intéressant pour détecter des sources de Ag et Cu, invisibles à travers les concentrations absolues qui sont caractérisées par une très forte variabilité inter-individuelle. Les mesures chimiques et les observations histologiques dans les huîtres sauvages de la Gironde, ont montré une accumulation préférentielle de Ag et Cu dans la glande digestive, accompagnée d’importantes dégradations cellulaires. La méthode innovante du dopage isotopique est très sensible et précise pour observer les cinétiques rapides d’accumulation in vivo de Ag et Cu par voie directe à des niveaux d’exposition réalistes. Les signaux isotopiques ont permis de quantifier l’accumulation rapide des ETM dans les différents organes et d’observer des phénomènes de co-régulation entre Ag et Cu. De plus, elle représente une réelle avancée pour des expérimentations écotoxicologiques permettant d’analyser l’état de contamination initial et après exposition dans le même individu. L’étude de la voie trophique suggère une accumulation de Ag supérieure à celle de Cu chez les algues. La fraction de Ag et Cu particulaire potentiellement biodisponible des particules estuariennes a été estimée à 60% et 82%, respectivement. Les résultats ont montré que cette estimation dépend du temps d’exposition et de la concentration en sédiment, pouvant entraîner d’importantes sous-estimations.
(25/10/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Évaluation des changements hydro-sédimentaires de l'estuaire de la Gironde en lien avec les pressions sur le milieu
La dynamique sédimentaire estuarienne joue un rôle très important pour la qualité de l'eau, les écosystèmes et la navigation. Les estuaires macrotidaux comme la Gironde se caractérisent par la formation de régions très chargées en matière en suspension (MES), appelées zones de turbidité maximale (ZTM), qui influencent le transport et le dépôt des sédiments fins, l'envasement des chenaux, la consommation d'oxygène dissous et le devenir des polluants. L'objectif de ce travail est de comprendre la dynamique hydro-sédimentaire, particulièrement de la ZTM, dans la section fluviale, encore peu étudié, de l'estuaire de la Gironde en lien avec les facteurs de forçage environnementaux et les perturbations du système (changements hydrologiques et morphologiques naturels et anthropiques). La méthodologie de ce travail est basée sur l'analyse de 10 années de données continues de turbidité enregistrées par le réseau de surveillance MAGEST. L'exploitation de telles séries de données, assez novatrice dans les estuaires, a notamment impliqué le développement d'une méthode d'analyse basée sur la combinaison de plusieurs méthodes spectrales. Cette approche est complétée par l'analyse des profils de turbidité et de vitesse de courant lors de cycles de marée, l'analyse de séries temporelles historiques de marée et l'exploitation d'un modèle semi-analytique 2DV. La dynamique sédimentaire de l'estuaire fluvial est d'abord détaillée à toutes les échelles de temps représentatives. A l'échelle de temps intratidale, la distribution verticale des MES et des courants, en deux points d'une même section transversale, a permis de détailler les mécanismes de transport sédimentaire. Les flux particulaires résiduels (totaux, advection, pompage tidal) ainsi estimés pour plusieurs conditions hydrologiques, démontrent le contrôle du pompage tidal sur les flux de MES lors de l'étiage. A l'échelle de temps subtidale, la réponse de la ZTM aux fluctuations hydrologiques (crues, périodes d'augmentation ou diminution continue du débit, variabilité inter-anuelle) est analysée. Ceci a permis de définir plusieurs indicateurs hydrologiques des caractéristiques de la ZTM, qui suggèrent l'intensification de la ZTM au cours des dernières décennies en lien avec la diminution des débit. La contribution relative des facteurs de forçage à la variabilité de la turbidité a été quantifiée pour différentes régions estuariennes et échelles de temps (saisonnière et plurianuelle). L'application de la méthodologique développée à l'estuaire de la Loire, qui dispose de séries de données similaires (réseau SYVEL), a permis de généraliser ces résultats. Enfin, l'effet des changements pluri-décennaux hydrologiques et morphologiques sur la propagation de la marée et la dynamique sédimentaire est détaillé dans la Garonne tidale. Il ressort une amplification du marnage et de la asymétrie de la marée au cours des six dernières décennies, principalement liée aux changements morphologiques naturels dans la Gironde en aval, les extractions de granulat et le changement de régime hydrologique. L'implémentation d'un modèle semi-analytique a permis de vérifier ces résultats et d'analyser leurs implications sur les concentrations de MES et la limite amont de la ZTM.
(21/10/2016)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Toxicity assessment of water-accommodated fractions from two different oils using a zebrafish (Danio rerio) embryo-larval bioassay with a multilevel approach
Petroleum compounds from chronic discharges and oil spills represent an important source of environmental pollution. To better understand the deleterious effects of these compounds, the toxicity of water-accommodated fractions (WAF) from two different oils (brut Arabian Light and Erika heavy fuel oils) were used in this study. Zebrafish embryos (Danio rerio) were exposed during 96 hours at three WAF concentrations (1, 10 and 100% for Arabian Light and 10, 50 and 100% for Erika) in order to cover a wide range of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) concentrations, representative of the levels found after environmental oil spills. Several endpoints were recorded at different levels of biological organization, including lethal endpoints, morphological abnormalities, photomotor behavioral responses, cardiac activity, DNA damage and exposure level measurements (EROD activity, cyp1a and PAH metabolites). Neither morphological nor behavioral or physiological alterations were observed after exposure to Arabian Light fractions. In contrast, the Erika fractions led a high degree of toxicity in early life stages of zebrafish. Despite of defense mechanisms induced by oil, acute toxic effects have been recorded including mortality, delayed hatching, high rates of developmental abnormalities, disrupted locomotor activity and cardiac failures at the highest PAH concentrations (Σ TPAHs=257029 ± 47231 ng.L-1). Such differences in toxicity are likely related to the oil composition. The use of developing zebrafish is a good tool to identify wide range of detrimental effects and elucidate their underlying foundations. Our work highlights once more, the cardiotoxic action (and potentially neurotoxic) of petroleum-related PAHs.
(Science of the Total Environment. vol. 568, n° 0048-9697, pp. 952–966, 15/10/2016)
LIENSs, INSU - CNRS, ULR, CNRS, BE, IFREMER, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Mass balance of organic contaminants at a large basin scale: case of the Seine River basin (France)
The Seine River basin drains an area of 78 650 km² which accomodates 25% of the French population and 30% of its industry. Thus, it is highly impacted by anthropic activities. As such, the Seine River basin has been the place of numerous studies, mostly achieved within the PIREN-Seine research programme, aiming to quantify several groups of organic micropollutants in different environmental compartments and urban matrices. Among the monitored organic persistent pollutants, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), Polybrominated Diphenyl Ethers (PBDEs), Polychlorinated Biphenyls (PCBs), Phthalates (PAEs), Alkylphenols (APs) and perfluoroalkylated substances (PFAs) have been considered. These compounds originate from very contrasting sources in the environment. PAHs are mainly emitted during combustion processes such as household heating and road traffic. PBDEs were mainly used as flamme retardants in plastic and textile industries. Although PCBs are forbidden in France since 1987, they have been extensively used as electric insulators and they can still be found in the environment. Phthalates are still used nowadays as plasticizer. Finally, PFAs can be found in many daily consumers goods as waterproof textiles or non-stick coatings. Along with their diversified sources, differences in their physico-checimal properties strongly impact their environmental fate. This study aims to establish mass balances at the Seine River basin scale for these 6 groups of organic compounds. Mass balances constitute efficient tools for understanding transfer pathways of pollutants in the environment. Databases collected by several research teams working on the Seine River basin were used for the calculations. Along with stocks in soils, most of major environmental fluxes were quantified including atmospheric fallout, erosion from soils, river exports and wastewater treatment plant discharges. A focus on urban mass balances was also carried out considering wastewater, runoff, and sewage discharges at the Paris City scale. First results show very contrasting dynamics depending on organic contaminant groups. PAHs were found to be the most abundant compounds in the soils of the Seine basin. The other contaminant stocks were smaller (PAHs > PAEs > Aps > PCBs > PBDEs > PFAs), likely due to differences in emission sources. In atmospheric fallout, Aps were found to be the most abundant compounds. AP, PAE and PAH atmospheric fallouts were homogeneous across the basin, but highest PBDE and PCB fluxes were measured on Paris City and on agricultural areas respectively. These results suggest that PBDEs present very specific sources and that agricultural soils may act as secondary sources for PCBs. The largest fluxes in the Seine River downstream Paris City were measured for Aps and PAEs and reached about 10 t.yr-1. The lowest fluxes were observed for PBDEs and PCBs (ca. 50 kg.yr-1). Soil erosion seems to be a predominant contributor to PAH and PCB fluxes in the Seine River. For PAEs, wastewater treatment plant discharges appears as a significant contributor. Concerning PBDEs and APs, erosion and urban discharges were approximatively proportionnal to fluxes in the river. However, so far, some sources remain unidentified or poorly quantified and futher treatment of results is required.
(12/10/2016)
LEESU, ENPC, UPEC UP12, METIS, UPMC, EPHE, PSL, CNRS, INERIS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Integration of contamination peaks with variable intensity and duration by the Polar Organic Chemical Integrative Sampler
Contamination level estimate can vary abruptly, depending on season and hydrology of the river at the sampling moment. The Polar Organic Chemical Integrative Sampler (POCIS) may integrate contamination peaks of about 3 days for moderately polar compounds (log Kow = 2-3) [3]. Concerning shorter contamination peaks (less than 1 hour) generated by punctual pollutions or a brutal intake of pesticides in a river (soil leaching, for example), interrogations about its reactivity (e.g. lag time) is still remaining. In this context, a laboratory calibration was made for three different contamination peak patterns, with variable intensity and duration. This experiment was led over a total exposure time of 14 days, and with a selection of 15 pesticides which covering different polarities (log Kow = 0.6-4.7) and classes (herbicides, fungicides, insecticides). Finally, the data showed different accumulation kinetic profiles, with phenomena like burst effect or lag effect, depending on physical-chemical properties of the substances and the exposition duration.
(pp. 1, 04/10/2016)
UR EABX, IRSTEA, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Occurrence of pharmaceuticals in WWTP effluents and their impact in a karstic rural catchment of Eastern France
(Environmental Science and Pollution Research. vol. 23, n° 0944-1344, pp. 25427-25441, 03/10/2016)
LCE, CNRS, UMLP, UBFC, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, UBFC, UMLP, UBFC, CNRS, ISA, UCBL, INC-CNRS, CNRS, ISA, UCBL, INC-CNRS, CNRS