Dynamic of microbial communities of phototrophic biofilms with different level of organizations: ecologic successions and responses to herbicide exposition
Dynamique des communautés microbiennes des biofilms phototrophes à différents niveaux d'intégration biologique : des successions écologiques aux réponses à l'exposition à un herbicide
Résumé
The intensive use of pesticides causes many disturbances in aquatic ecosystems, which are well known to offer a range of "ecological services" for society. In terms of ecotoxicology, environmental issue is not limited to the risk assessment of a pollutant toxicity on organisms but it expands to the ability to assess, at the ecosystem scale, the consequences of a disturbance and the use of bio-indicators. In this context, for aquatic ecosystems, phototrophic biofilms provide a particularly relevant model, based on their complex microbial community structures, spatial and temporal dynamics and variety of functions. In a first experiment our results suggested that microbial aggregates from different habitats (activated sludge and phototrophic biofilm) are characterized by comparable potential of an herbicide biodegradation: alachlor. Then using an ecological approach, a manipulation of the structure of phototrophic biofilms microbial communities was explored in "natural" conditions in rivers exhibiting different physicochemical characteristics, and in "controlled" conditions with a photosynthetic bioreactor prototype (Taylor - Couette flow type). These experiments suggested that the microbial community structures are driven by autogenic and allogenic factors, depending upon maturation state. Finally using an ecotoxicological approach, structural and functional responses of phototrophic biofilms exposed to alachlor were evaluated, integrating the maturation stage (autogenic factors) and history (allogenic factors) of phototrophic biofilms. This work allowed us to undertake an ecotoxicological approach integrating the concepts of ecological succession in microbial communities. Our results demonstrate that phototrophic biofilms are promising tools as bio-indicators of water quality when they are characterized by a multi-metric approach including functional and structural descriptors.
L'approche écotoxicologique ne se limite pas à l'évaluation des risques de toxicité de pesticides sur les organismes, elle s'élargit à la nécessité d'évaluer, à l'échelle de l'écosystème aquatique, les conséquences de la perturbation sur les communautés et les descripteurs de bio-indication associés. Dans ce contexte, les biofilms phototrophes d'écosystèmes aquatiques constituent un modèle d'étude pertinent de par la complexité des structures de communautés microbiennes, leur dynamique spatiale et temporelle, et la variété des fonctions hébergées. Par une première approche écologique, la manipulation de la structure de communautés microbiennes de biofilms phototrophes a été explorée en conditions " naturelles " dans des rivières, et en conditions " contrôlées " avec un prototype de bioréacteur photosynthétique à écoulement hydrodynamique du type Taylor - Couette. Ces expériences soulignent que la structure des communautés microbiennes résulte de processus de successions écologiques, gouvernés par des facteurs allogènes et/ou autogènes en fonction de leur stade de maturation. Enfin par une seconde approche écotoxicologique, les réponses structurelles et fonctionnelles de biofilms phototrophes exposés à l'alachlore ont été évaluées en intégrant le stade de maturation (facteurs autogènes) et l'histoire (facteurs allogènes) des biofilms phototrophes. Les résultats désignent les biofilms phototrophes comme des outils prometteurs en tant que bio-indicateurs de la qualité des eaux lorsqu'ils sont caractérisés par une approche multi-métrique composée de descripteurs fonctionnels et structurels