Titre de la dissertation: « Pollinators under pressure – A trace metal story »

Promoteur de thèse: Monsieur Denis Michez et co-promoteur: Madame Maryse Vanderplanck (CEFE-Montpellier)

Résumé de la dissertation: Dans l’Anthropocène, la faune sauvage est confrontée à des défis sans précédent pour survivre dans un monde dominé par l’être humain, marqué par une destruction massive des habitats naturels, le changement climatique et la pollution chimique. Les éléments traces métalliques, couramment appelés « métaux lourds », sont essentiels aux sociétés modernes pour la construction des infrastructures, le soutien des moyens de transport et le développement des technologies. Cependant, la pollution engendrée par des activités telles que l’exploitation minière, la métallurgie, la combustion de carburants et l’élimination inadéquate des déchets industriels a entraîné une importante contamination environnementale, représentant un risque important pour les humains et les autres organismes vivants. Les éléments traces métalliques sont omniprésents dans les environnements pollués, s’accumulant dans le pollen et le nectar des plantes, ainsi que dans l’eau et les sols, constituant des voies d’exposition majeures pour les insectes, notamment les abeilles, un groupe essentiel de pollinisateurs. Malgré leur importance écologique, les effets des éléments traces métalliques sur les abeilles restent peu étudiés, avec de nombreuses lacunes dans la littérature scientifique. Cette thèse vise à consolider les connaissances existantes sur l’impact des éléments traces métalliques sur les abeilles et à combler certaines de ces lacunes à travers des expériences en laboratoire utilisant une espèce modèle de pollinisateur.Le premier chapitre de cette thèse passe en revue les connaissances actuelles sur les éléments traces métalliques en relation avec les abeilles. Il décrit les voies potentielles d’exposition à ces métaux et examine les risques associés aux plantes mellifères métallophytes. En outre, il explore la capacité des abeilles à détecter et éviter les éléments traces métalliques dans leur environnement et étudie les mécanismes qu’elles utilisent pour détoxifier ces xénobiotiques. Ce chapitre détaille également les impacts des métaux traces sur les abeilles à différents niveaux : communautaire, individuel, physiologique, histologique et microbien. Il aborde les variations interspécifiques parmi les abeilles ainsi que les effets d’une exposition simultanée à plusieurs éléments traces métalliques. Enfin, il met en avant le fait que les abeilles sont probablement exposées aux éléments traces métalliques en combinaison avec d’autres stress, tels que les pesticides et les parasites. En résumé, ce chapitre souligne que la majorité des études se sont concentrées sur l’abeille mellifère domestique et ont principalement analysé les effets létaux.Le deuxième chapitre de cette thèse examine les effets létaux du cuivre et du cadmium, deux métaux traces répandus, sur des ouvrières et mâles adultes de bourdon. À travers des expériences d’exposition orale aiguë, il détermine la concentration létale médiane (LC₅₀), la dose létale médiane (LD₅₀) et la LD₅₀ standardisée par la masse du bourdon pour chaque métal. Les résultats montrent que le cadmium est plus toxique que le cuivre pour les ouvrières à doses équivalentes, mais les deux métaux provoquent une mélanisation sévère de l’intestin et une réduction significative de la consommation de saccharose à des concentrations élevées. En outre, l’étude révèle que les mâles présentent une tolérance accrue au cadmium, attribuée à leur masse corporelle plus élevée. Ces résultats soulignent l’importance de rapporter des valeurs de LD50 standardisées par la masse pour permettre des comparaisons précises entre les sexes dans les évaluations des risques.Le troisième chapitre de cette thèse explore les effets sub-létaux du cuivre et du cadmium sur les ouvrières de bourdon et examine si ces abeilles peuvent détecter et éviter ces métaux dans leur nourriture. Les résultats révèlent que les ouvrières ne rejettent pas les solutions de saccharose contenant des concentrations réalistes de cadmium ou de cuivre. De plus, bien qu’elles ne rejettent pas les concentrations létales de cadmium, elles évitent les solutions de saccharose contenant des concentrations létales de cuivre. L’étude n’a trouvé aucun effet significatif des concentrations réalistes de ces métaux sur les activités de marche ou de vol des ouvrières, sur leur métabolisme lipidique ou leur physiologie reproductive. En somme, les résultats suggèrent que les bourdons n’évitent pas le cadmium ou le cuivre à concentrations environnementales, mais que l’ingestion de ces métaux dans des conditions naturelles ne semble pas altérer leurs capacités locomotrices, leur métabolisme lipidique ni leur physiologie reproductive.Le quatrième chapitre de cette thèse examine les effets du cuivre sur le développement des larves de bourdons. À travers une exposition chronique de 25 jours, l’étude révèle que le cuivre n’a pas d’impact discernable sur la durée globale du développement, la survie, la croissance ou la masse adulte. Cependant, elle met en évidence un effet positif significatif du cuivre sur le taux de nymphose, suggérant que cet effet pourrait résulter d’une activité métabolique accrue dépendante du cuivre et de perturbations de l’équilibre redox. De plus, les résultats soulignent le rôle crucial de la taille corporelle initiale dans le succès du développement, les larves plus grandes montrant des taux d’émergence et de survie plus élevés.Le cinquième chapitre de cette thèse étudie les mécanismes de défense que les insectes, y compris les abeilles, utilisent pour faire face à l’exposition aux éléments traces métalliques dans leur environnement. Il suggère que les insectes peuvent détecter et éviter les métaux, réduisant ainsi leur exposition à des aliments, substrats et sites de ponte contaminés. Le chapitre met en avant les rôles protecteurs de la cuticule et de la paroi intestinale des insectes, y compris le microbiote intestinal, qui agissent comme des barrières physiques pour empêcher l’entrée des métaux dans l’hémolymphe et protéger les organes internes. De plus, il souligne les processus de détoxification cellulaires, tels que la séquestration des métaux dans des protéines de liaison aux métaux comme les métallothionéines et leur excrétion par les fèces ou la cuticule. Enfin, il décrit les mécanismes de défense moléculaires activés en réponse aux dégâts induits par les métaux, notamment le stress oxydatif, le mauvais repliement des protéines et la déformation de l’ADN, qui impliquent la régulation à la hausse des molécules antioxydantes, des protéines chaperonnes et des voies de réparation de l’ADN.