What are the effects of contaminants on Arctic birds?
The Ornitho-Endocrino program, led by the ECOPHY team, studies the effects of contaminants on the physiology, behaviour, reproduction and survival of Arctic seabirds. It is supported by the French Polar Institute (IPEV) Based in Svalbard (Norwegian Arctic) on the international base of Ny Alesund, this programme was initiated in 2000 and relies on the unique skills of the CEBC’s biological analysis service, in particular to understand how contaminants (mercury, organic pollutants) affect the normal functioning of hormonal mechanisms (endocrine disruption) or act on cellular ageing processes (telomeres).
This programme is based on a strong collaboration with Norway (Norwegian Polar Institute, Norwegian Institute for Nature Research, Akvaplan-niva, Norwegian Institute for Air Research and University of Trondheim) and involves several research laboratories in France (CEBC, LIENSs, Université La Rochelle, EPOC, Université de Bordeaux, Muséum National d’Histoire Naturelle, Paris).
Head of the Ornitho-Endocrino Program: Olivier Chastel
The study models are the black-legged kittiwake and glaucous gull, two highly contaminated species that are subject to long-term population monitoring (banding) to estimate the population consequences of exposure to contaminants. These two species are also subject to telemetric monitoring, which makes it possible to follow the areas used during the winter months over the long term and thus understand when and how birds become contaminated.
In recent years, the focus has been on the study of some emerging contaminants: poly and perfluorinated substances (PFASs), for which very little information is available about the effects on wildlife. While attention has focused mainly on the effects of historical persistent organic pollutants (POPs) (PCBs, organochlorine pesticides, which have been banned since the 1970s and 1980s), so-called emerging POPs attracted attention in the late 1990s. Many emerging POPs are unregulated and include a wide range of everyday products, but there is a lack of ecotoxicological data on these compounds.
Among them, poly and perfluorinated substances (PFASs) are still widely used as surfactants in a multitude of manufactured and consumer products (personal care products, non-stick kitchen utensils, fire-fighting foams, waterproof clothing and carpets, stain-resistant paper and textiles). Only a few PFASs, such as perfluorooctanesulfonic acid (PFOS), were included in the Stockholm Convention in 2009. The presence of PFAS has been described in polar regions, particularly in the Arctic, and concentrations of some PFAS tend to increase over time in several Arctic bird and mammal species. In Arctic regions (Svalbard and Canadian Arctic), long-chain perfluoroalkylcarboxylic acids (PFCAs) are widespread and the toxicity of PFCAs is believed to increase with the length of carbon chains.
Les objectifs du programme sont: 1) Étudier en profondeur l’influence des PFAS sur les principaux mécanismes hormonaux qui sous-tendent les décisions de reproduction et l’effort parental, 2) Explorer, par l’étude de la dynamique des télomères, l’impact de la contamination par les PFAS sur le taux de vieillissement des individus, 3) Évaluer les conséquences de l’exposition aux PFAS sur le succès reproducteur et la survie reproductive.
Résultats obtenus
1) Effets des contaminants
Nous étudions les conséquences physiologiques et comportementales de l’exposition à ces PFAS pendant tout le cycle de reproduction (de la pré ponte à l’élevage des poussins) chez les oiseaux marins arctiques. Plus précisément, nous examinons les relations entre plusieurs PFAS, les POPs historiques, le mercure et la fertilité (morphologie et motilité des spermatozoïdes), les signaux sexuels (coloration des téguments et olfactive : signature chimique), les comportements de soins parentaux (température d’incubation et rotation des œufs), le vieillissement (longueur du télomère) et la dépense énergétique (taux métabolique de base, BMR) De plus, certains mécanismes sous-jacents potentiels ont également été étudiés afin de mieux comprendre la toxicité des PFAS. La principale contribution du programme a été de révéler que les PFAS et les pesticides organochlorés pouvaient avoir un impact inverse sur le vieillissement, le métabolisme de base et certains soins parentaux. Plus précisément, l’oxychlordane, un métabolite de pesticides organochlorés interdits, a été associé à une diminution de la longueur des télomères, à une diminution du taux métabolique et à une diminution de la capacité d’incubation des œufs. Inversement, des télomères allongés, une augmentation du BMR et une augmentation de la rotation des œufs ont été observés chez les oiseaux présentant les concentrations les plus élevées de PFAS. De plus, nos recherches montrent que l’augmentation du stress oxydatif constitue un mécanisme important pour expliquer la toxicité des PFAS à longue chaîne chez les oiseaux arctiques. Ce programme fourni des informations importantes sur les conséquences physiologiques et démographique de l’exposition au PFAS et souligne l’importance de prendre en compte plusieurs groupes de contaminants dans l’étude des conséquences de l’exposition aux contaminants environnementaux pour la faune.
2) Observatoire à long terme Dans le cadre du programme ORNITHO-ENDOCRINO, le CEBC, avec ses partenaires norvégiens mène un suivi à long terme des contaminants organiques (mercure, PCB, pesticides organochlorés, substances,poly et perfluorés, PFAS) chez les mouettes tridactyles du Svalbard). De tels suivi intégrés au Programme de surveillance et d’évaluation de l’Arctique (Arctic Monitoring & Assessment Programme, AMAP) et sont essentiels pour mesurer l’efficacité de la réglementation de certains polluants Convention de Stockholm pour les polluants organiques, ; Convention de Minamata pour le mercure Au Svalbard, chez les mouettes tridactyles, on observe que les concentrations de PCB et de DDE (principal métabolite du DDT) ont diminué au cours de la période étudiée, tandis que les concentrations en HCB affichent une tendance à la hausse. Fait intéressant, cette étude montre une tendance parallèle à long terme pour les POP historiques atmosphériques (station Zeppelin à Ny Alesund) et les échantillons de sang de mouettes tridactyles.
Outre les polluants organiques, les concentrations sanguines de mercure total sont mesurées ainsi que de nombreux autres paramètres (isotopes stables, hormones de stress), parmi lesquels les proies régurgitées spontanément par les mouettes pendant la manipulation. L’analyse suggère une baisse des niveaux de mercure dans le sang au cours de la période 2000-2016, avec un changement probable en 2007, au moment où les proies arctiques ont commencé à diminuer et où les proies atlantiques ont commencé à dominer l’alimentation de la mouette tridactyle. Cela peut suggérer un changement de régime dans le Kongsfjord qui pourrait avoir affecté le type de proies consommées par les mouettes tridactyles et peut-être l’exposition au mercure.
