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Les phoques boivent la tasse

15/09/2016

Le scénario ressemble à celui d’un épisode des Experts. A la petite différence que les acteurs en blouse blanche s’intéressent ici à des cas d’intoxication des gros mammifères marins de mer du Nord. Ce sont principalement les phoques gris et les phoques communs qui sont visés. Pourquoi ? Parce que situés au sommet de la chaîne alimentaire, ils sont les animaux les plus exposés aux effets délétères de nombreux polluants comme le mercure ou les polluants organiques persistants qui agiraient notamment comme perturbateurs endocriniens, s’attaqueraient au système immunitaire et altéreraient la reproduction. Mais beaucoup de questions restent encore sans réponse. Cerner les risques d’intoxication à ces polluants et établir leurs liens avec des maladies est une opération particulièrement complexe. Depuis une quinzaine d’années, des chercheurs de l’Université de Liège, en collaboration avec bon nombre d’universités belges et étrangères, tentent de percer les mystères de ce phénomène global. Pour y parvenir, ils articulent des disciplines aussi variées que la médecine vétérinaire, l’océanologie, l’écotoxicologie, la chimie, la biologie cellulaire et l’étude de biomarqueurs comme en témoignent plusieurs études récentes (1). 

Grey seals beach

De nombreux polluants organiques et inorganiques présents dans nos océans représentent un enjeu écologique majeur. On parle souvent de métaux lourds lorsqu’on pense au mercure ou au cadmium. L’appellation n’étant cependant pas tout à fait correcte chimiquement, les termes « éléments-traces » seront privilégiés. Malheureusement, de nombreux autres polluants peuvent s’accumuler dans les organismes marins. Les polluants organiques persistants sont longues molécules assemblées autour de chaînes de carbone, le plus souvent synthétisées par l’homme. C’est le cas de certains pesticides, ou encore des PCB. Ces composés industriels interdits il y a plus de trente ans sont tellement stables qu’ils restent à l’heure actuelle présents et actifs. Enfin, le polluant le plus familier du grand public reste le mercure. « Il existe à l’état naturel, précise Krishna Das, Maître de recherche FNRS et membre du Laboratoire d’océanologie de l’Université de Liège, mais les activités humaines ont multiplié les émissions atmosphériques en moyenne par trois, comparé à l’époque pré-industrielle. Cette exposition accrue pose bien évidemment question ». Le mercure, sous l’influence d’une activité bactérienne, s’assemble à d’autres composés pour former le méthylmercure. Une molécule organique qui, comme de nombreux polluants, se révèle particulièrement toxique. Toute la chaîne trophique en est affectée. Pour appréhender ces niveaux d’intoxication et quantifier leurs conséquences sur la santé et les comportements animaux, des recherches mêlant campagnes en mer, études en laboratoires, culture in vitro ou encore analyse de biomarqueurs sont nécessaires. L’évolution de la santé animale dépend en effet de tellement de facteurs aux origines diverses qu’il est difficile de rattacher une évolution particulière à un phénomène ou à un autre. Les réponses de la vie animale à son environnement relèvent d’un caractère global. Pour les cerner, les approches doivent être multiples. 

Une exposition aux polluants peu enviable

C’est à cette tâche pharaonique que Krishna Das et ses collaborateurs s’attèlent depuis une quinzaine d’années, s’intéressant aux mammifères marins comme les dauphins, les baleines à bosse, et plus particulièrement le phoque gris et le phoque commun. Deux espèces en haut de la chaîne alimentaire en mer du Nord. En tant que prédateurs, ils sont les plus exposés aux polluants organiques persistants tels que les polychlorobiphényles ou PCBs. Ces polluants industriels sont ingérés et assimilés par toutes les espèces de la chaîne trophique, mais sont peu éliminés par les reins ou par voie fécale. Lipophiles, ils s’accumulent préférentiellement dans le tissus adipeux. On observe un transfert efficace de la proie vers les tissus des prédateurs, depuis le plancton jusqu’au phoque. « On estime que les concentrations de plusieurs polluants sont multipliées environ par dix à chaque niveau trophique, processus qu’on appelle la biomagnification. » Ce processus n’explique pas à lui seul leur haute concentration en polluants. Le phoque est un mammifère et doit maintenir une température corporelle à 37°C, et ce, dans un milieu où les dissipations de chaleurs sont importantes. Pour compenser, il doit manger énormément, plus de 6 % de son poids par jour (variable en fonction notamment des espèces, de la saison, de leur stade de croissance et de leur statut physiologique), sachant qu’un phoque gris peut atteindre 200 kg. Ils possèdent de surcroît une épaisse couche de graisse, qui favorise l’accumulation des polluants lipophiles. Des caractéristiques qu’ils cumulent avec malchance. Mais ces particularités en font aussi des modèles toxicologiques fascinants. 

L’accumulation d’indices toxicologiques

« Au début des années 2000, on a observé davantage d’échouages de marsouins et phoques sur les côtes belges, se souvient Krishna Das. Les scientifiques ont cherché à en comprendre les causes de mortalité. J’ai bénéficié d’échantillons prélevés par Thierry Jauniaux, de la Faculté de médecine vétérinaire qui étudiait les causes de mortalités chez ces mammifères marins, et j’ai commencé à observer les concentrations de ces éléments-traces. Je cherchais à comprendre ce qui conduisait un animal à être contaminé ou non. Son âge, par exemple, ou son régime alimentaire, son état de santé, ou encore s’il était possible d’établir des liens entre les maladies observées et les niveaux de concentration des polluants. Cette approche de type épidémiologique, où nous établissions des corrélations statistiques entre éléments toxiques et maladies, a fait l’objet de ma thèse de doctorat. » Un premier volet de la recherche intéressant. Les échouages offrent un accès à énormément de tissus sans pour autant devoir capturer de gros mammifères dans leur milieu naturel. Mais cette approche montrait rapidement ses limites. « En étudiant uniquement les marsouins et les phoques échoués, nous n’avons aucune mesure sur une population de contrôle. Nous ne pouvons observer que des individus malades. Et puis ces corrélations statistiques ne signifient pas obligatoirement un lien de cause à effet. Il fallait d’autres preuves, et donc d’autres méthodes pour compléter ces recherches. » Or, une grande difficulté restait liée à l’objet. L’approche toxicologique traditionnelle voudrait déterminer un groupe de contrôle et un groupe test, en laboratoire, sur lequel seraient administrés des polluants. Le développement de maladies s’inscrirait dans un rapport de causalité directement observable. Mais ce qui fonctionne pour des rats de laboratoire ne fonctionne pas pour de gros animaux sauvages, évoluant en pleine nature et montrant des variabilités interindividuelles importantes. Une telle démarche rencontrerait en effet de nombreux obstacles et poserait de belles questions éthiques. Il fallait donc développer d’autres types d’approches. Chacune ayant ses failles et ses limites, amenant tout de même de nouvelles pistes, débusquant de nouveaux indices, l’accumulation finissant par faire acte de preuve. 

Capture phoques gris

Des échouages aux campagnes de captures

Une approche complémentaire à l’étude des individus échoués résulte donc des captures d’animaux dans leur milieu naturel, qui n’est possible qu’en développant un réseau international. Dans le cas des phoques communs, l’espèce a subi plusieurs . Un phénomène qui a poussé des chercheurs allemands (Prof. Ursula Siebert, Institute for Terrestrial and Aquatic Wildlife Research (ITAW)University of Veterinary Medicine Hannover) à s’intéresser de très près à leurs populations, importantes dans leurs eaux. « Deux fois par ans, ils organisent des campagnes de capture en mer du Nord. L’infrastructure et les moyens logistiques déployés sont colossaux. Les phoques capturés sont alors pesés, mesurés, on leur prélève du sang, des poils, de la salive, c’est une approche assez holistique, dont l’enjeu principal est de comprendre l’état de la population. Les prélèvements sanguins permettent la culture cellulaire et l’analyse des polluants de manière assez approfondie, mais dans un rapport instantané à la vie de l’animal. L’étude des poils permet une observation de l’évolution de santé sur un laps de temps beaucoup plus long. Car les éléments-traces sont intégrés pendant toute la croissance du poil, ce qui représente parfois plusieurs mois. » Par contre, les phoques communs sont des animaux particulièrement craintifs. Toutes les précautions pour limiter le caractère invasif de l’opération sont prises et les captures ont lieu en mai et en septembre, et évitent les périodes de mise bas. La mère, en état de panique, pourrait fuir et abandonner son petit.  

À l’inverse, les captures des phoques gris, organisées en Ecosse avec l’Université de Saint Andrews (Dr. Paddy Pomeroy, Sea Mammal Research Unit, Scottish Oceans Institute University of St Andrews), se font uniquement sur les femelles, au moment où elles reviennent à terre pour allaiter. « Elles sont un peu moins craintives que les phoques communs. Quant aux mâles, ils sont gros et assez agressifs, on évite généralement de les approcher ! Mais d’un point de vue scientifique, ces études sont complémentaires aux captures des phoques communs et particulièrement intéressantes pour la compréhension du transfert d’énergie entre la mère et son petit. Au moment de l’allaitement, les mères vont jeûner pendant trois semaines et produire un lait contenant quasi 50% de matière grasse. Beaucoup de polluants passent ainsi au nouveau-né. D’ailleurs, chez de nombreuses espèces de mammifères marins, on peut observer une décroissance des concentrations chez les femelles (en fonction du nombre de grossesses et d’évènements de lactation) alors ces niveaux ne cessent d’augmenter chez les mâles. Ce transfert mère-petit est maximum chez le premier né. » 

 

Le prélèvement de poils, de sangs, de lait, tant chez le nouveau-né que chez la mère permet de quantifier ce transfert de polluants associés aux lipides, et donc très présents dans le lait. Mais lors de sa première tétée, l’enfant a déjà été exposé aux polluants depuis bien longtemps. « En prélevant du sang chez des jeunes qui venaient de naître, nous avons également constaté qu’ils étaient déjà fortement intoxiqués à certains polluants, notamment au mercure. Ce qui signifie que le transfert placentaire est également très efficace pour certains éléments-traces. On l’étudie également par le prélèvement du lanugo, un duvet que les petits synthétisent pendant la vie utérine et qu’ils perdent très rapidement. Ce lanugo contient d’importantes concentrations en éléments toxiques. » 

Phoques gris topo

L’effet du mercure sur les globules blancs 

Afin de mieux comprendre l’effet immunotoxique du méthylmercure, une approche in vivo, a été tentée, en collaboration avec l’Allemagne (prof. Ursula Siebert) et le Pr. Marie-Claire Gillet (Mammalian Cell Culture Laboratory, ULg). Les globules blancs, principalement des lymphocytes T, ont été isolés à partir de sang de phoques communs, isolés et mis en culture pour étudier in vitro leur réponse immunitaire à une exposition toxique. Ces cellules, en culture, ne survivent généralement pas plus de 72 heures, ce qui est peu, mais elles sont les ouvrières du système immunitaire. « Lors d’un projet de doctorat, développe Krishna Das, nous nous sommes penchés plus spécifiquement sur les effets du méthylmercure. Présent dans les poissons, ce méthylmercure contamine abondamment les phoques.  La finalité n’était pas de déterminer la toxicité aiguë du méthylmercure, qui est connue depuis longtemps : la molécule affecte gravement le système nerveux, le système immunitaire et le développement embryonnaire. Ce qui nous intéressait était d’exposer les lymphocytes à des concentrations qui reflétaient celles que l’on retrouve chez l’animal en mer du Nord pour observer la gravité des effets à ce niveau d’intoxication. » 

Les observations au microscope électronique allaient confirmer les doutes des chercheurs. Le polluant affectait grandement les mitochondries des phoques communs, un contact hautement toxique qui conduisait les lymphocytes à l’apoptose, la mort cellulaire. « Il faut toutefois rester prudent dans nos conclusions. Une étude in vitro ne reflète pas ce qui se passe chez tout le phoque. Une fois dans le sang, le méthylmercure suit un parcours complexe et finit dans le foie où, étonnamment, il ne se trouve plus sous forme méthylée. Une observation qui remonte aux années 1980, et qui tend à montrer que le phoque est capable, en bout de course, de neutraliser en partie la toxicité du mercure grâce au sélénium. » 

A la recherche de biomarqueurs

Les biomarqueurs sont des réponses d’un organisme face à un stress. En sciences, la finalité est de les identifier et de déterminer leur lien causal avec une maladie. L’intérêt est double. Non seulement, les démarches peuvent se révéler moins invasives (un prélèvement sanguin suffit pour orienter un diagnostique), mais surtout, ces réponses apparaissent souvent très tôt, parfois bien avant la déclaration d’une maladie. « Ce type d’approche a été développé dans les milieux hospitaliers, explique la chercheuse. Tout un pan de la lutte contre le cancer, notamment, a contribué à débusquer dans les analyses sanguines des biomarqueurs prédictifs. C’est le cas de certaines protéines, dont la carence ou à l’inverse l’accroissement de la concentration augmentent la probabilité de contracter certains types de cancers. » La méthode est sortie des cliniques pour compléter l’arsenal d’autres disciplines, comme l’écotoxicologie.   « En ce qui concerne la question de l’intoxication des phoques, ce volet de la recherche reste encore à un niveau préliminaire mais se révèle prometteur. Des collègues allemands ont par exemple mis en relation certains éléments-traces avec une variation de la sécrétion de l’interleukine 10, une cytokine anti-inflammatoire, un processus qui perturbe la réponse immunitaire. Nous devons encore développer plus en avant l’identification de ces biomarqueurs et la compréhension des mécanismes impliqués» 

Les comportements alimentaires au-delà de la toxicité

Plus globalement, une autre question à laquelle les chercheurs s’intéressent aujourd’hui est celle de la place que prennent les phoques dans la chaîne alimentaire. « La question est importante, précise l’océanologue, notamment en termes de gestion des stocks. Les phoques sont des animaux qui mangent énormément, et leur alimentation, principalement constituée de poissons, varie en fonction de l’âge, du sexe, de l’endroit où ils se trouvent. L’évolution de leur démographie peut avoir des incidences importantes, notamment sur la rentabilité des pêches. » Mais ce n’est pas là le seul intérêt de mieux comprendre leurs comportements alimentaires. « Plusieurs scientifiques ont récemment observé un nouveau comportement chez les phoques gris, qui pourrait résulter d’une compétition émergeante avec les autres mammifères marins. Plusieurs études poussent en effet à croire que les phoques gris sont susceptibles d’attaquer les phoques communs et les marsouins. » 

La mort violente de phoques communs avait déjà été observée, mais les coupables présumés restaient jusqu’ici les hélices de bateaux. Depuis deux ans, les preuves à charge de leurs principaux rivaux se sont pourtant accumulées. « des séquences filmées existent dans lesquelles on peut voir des phoques gris attaquer les phoques communs. Ensuite, l’autopsie de victimes permettait aux vétérinaires de conclure qu’elles avaient été pelées comme des pommes (Lire l’article Quand les phoques gris deviennent des tueurs). Or, certains phoques sont particulièrement friands de la peau et du lard de leurs proies, parties les plus riches en énergie. » Des traces d’ADN de phoques gris ont été identifiées dans les plaies par Thierry Jauniaux. Un projet de doctorat initié en octobre 2015 et financé par le FNRS (France Damseaux) vise à utiliser les isotopes stables et les éléments traces pour comprendre le rôle des phoques gris et des autres espèces de mammifères marins dans les réseaux trophiques de la mer du Nord.« L’analyse des rapports isotopiques est l’une des spécialités du Laboratoire d’Océanologie de l’ULg. En fonction de ce qu’on mange, la variation des isotopes stables du carbone et de l’azote pourra être observée dans la peau ou dans les poils des animaux étudiés. Ce qui permet de différencier certaines espèces par cette seule étude, mais aussi d’étudier les évolutions de leur régime alimentaire sans devoir tuer un individu pour prélever son estomac». En fonction des tissus, on peut de surcroît remonter assez loin en arrière dans l’analyse du régime du spécimen. Comparer les rapports isotopiques d’un maximum de phoques gris permettra de déterminer si l’attaque des phoques communs devient une habitude collective ou si elle reste la spécialité de quelques individus plus agressifs et aventureux. 

Le phénomène est inédit en mer du Nord, mais avait déjà été remarqué au Canada. « Etait-ce un manque d’attention de notre part, ou est-ce une récente évolution dans nos eaux ? Est-ce lié à une augmentation de la population qui réduirait leurs proies et les pousseraient à la compétition ? On peut aussi se demander s’il s’agit de comportements isolés ou plus coutumiers. Pour résumer, beaucoup de questions nous poussent à nous y intéresser de plus près. » Car cette histoire apparemment très éloignée de l’intoxication aux éléments-traces et des polluants organiques persistants a toutes les raisons de titiller la curiosité de Krishna Das et de ses collaborateurs. « Jusqu’ici, nous savons que le régime alimentaire des phoques se cantonne principalement aux poissons. S’il s’avère que les phoques gris se spécialisent dans la capture de mammifères marins, cela signifierait qu’ils sautent un niveau trophique et seront d’autant plus contaminés par les polluants lipophiles. Dans ces domaines de recherche, tout est lié, s’amuse la chercheuse. Il y a encore tant d’aspects que nous ne comprenons pas, comme certains aspects du cycle du mercure, ou l’effet cocktail des polluants. Pour le moment, nous étudions les polluants séparément. Mais ils peuvent agir en synergie dans le corps de l’animal. C’est l’un des nombreux aspects que nous souhaitons approfondir dans nos prochaines recherches. » 

Phoque ocean

(1) Xenobiotic and Immune-Relevant Molecular Biomarkers in Harbor Seals as Proxies for Pollutant Burden and Effects?  
> Effects of Methylmercury on Harbour Seal Peripheral Blood Leucocytes In Vitro Studied by Electron Microscopy
> Absence of selenium protection against methylmercury toxicity in harbour seal leucocytes in vitro. Mar. Pollut. Bull.
> Seasonal Variation of Harbor Seal's Diet from the Wadden Sea in Relation to Prey Availability 
> Relationships between in vitro lymphoproliferative responses and levels of contaminants in blood of free-ranging adult harbour seals (Phoca vitulina) from the North Sea
> Changes in trace elements during lactation in a marine top predator, the grey seal 
> Selective transfer of persistent organic pollutants and their metabolites in grey seals during lactation
> Concentrations of chlorinated and brominated contaminants and their metabolites in serum of harbour seals and harbour porpoises > Marine mammals from the southern North Sea: feeding ecology data from delta C-13 and delta N-15 measurements
> Inter-species differences for polychlorinated biphenyls and polybrominated diphenyl ethers in marine top predators from the
>Southern North Sea: Part 1. Accumulation patterns in harbour seals and harbour porpoises
>Biomagnification of naturally-produced methoxylated polybrominated diphenyl ethers (MeO-PBDEs) in harbour seals and harbour porpoises from the Southern North Sea 
> Mercury immune toxicity in harbour seals: Links to in vitro toxicity
> Tissue distribution of perfluorinated chemicals in harbor seals (Phoca vitulina) from the Dutch Wadden Sea


© Universit� de Li�ge - https://www.reflexions.uliege.be/cms/c_427901/fr/les-phoques-boivent-la-tasse?printView=true - 29 mars 2024