Face aux défis de l’anthropocène, l’écotoxicologie doit s’adapter pour améliorer ses capacités de prédiction

Source: The Conversation – France (in French) – By Thomas Sol Dourdin, Chercheur post-doctoral, La Rochelle Université

L’écotoxicologie est une discipline scientifique encore jeune. Née dans les années 1960, sa mission est de comprendre les contaminations des écosystèmes par les polluants chimiques ainsi que leurs impacts pour éclairer la décision publique. Mais elle doit aujourd’hui s’adapter et évoluer face aux nouveaux défis environnementaux.

Depuis les années 1960, l’écotoxicologie s’est imposée comme une discipline clé pour comprendre les effets des substances chimiques sur l’environnement. À la croisée de la toxicologie et de l’écologie, elle étudie la contamination des écosystèmes, la circulation et la transformation des polluants chimiques, ainsi que leurs impacts sur les organismes et les processus écologiques. Son but ultime est d’éclairer les décisions publiques encadrant l’usage de ces composés.

Pour cela, elle s’est principalement focalisée sur le développement et l’utilisation de protocoles standardisés d’évaluation rapide du risque environnemental, conçus pour générer des résultats fiables, comparables, facilement communicables et donc rapidement exploitables pas les décideurs. Ces approches constituent aujourd’hui le cadre d’évaluation du risque environnemental (ERA), un socle de réglementations nationales et internationales. Parmi elles, on peut citer le règlement européen REACH, qui vise à protéger la santé humaine et l’environnement des risques associés aux substances chimiques.

Mais cette standardisation, à savoir l’établissement de tests aux conditions normées et supposés réplicables dans tout laboratoire, laisse de côté de nombreux processus dits « éco-évolutifs ». En effet, la contamination environnementale a aujourd’hui, au-delà de ses effets de court terme étudiés dans des conditions simples, d’autres impacts à long terme, des effets intergénérationnels, autrement dit, des conséquences populationnelles et écosystémiques. Autant de dimensions que l’écotoxicologie, aujourd’hui, ne sait pas mettre en évidence.

C’est en particulier le cas dans le contexte des changements environnementaux globaux que nous connaissons, qui posent des questions inédites pour l’écotoxicologie. Les xénobiotiques en particulier, c’est-à-dire les substances présentes dans un organisme mais qui lui sont étrangères, comme les pesticides, pourraient jouer un rôle significatif en modifiant le potentiel adaptatif des organismes.

Dans ce contexte, la pertinence de l’écotoxicologie est parfois questionnée. Mais de notre côté, nous pensons que la discipline peut évoluer pour s’adapter et mieux prédire les effets des polluants.

Des tests efficaces… mais incomplets

L’écotoxicologie repose aujourd’hui sur des tests normalisés, généralement validés par l’Organisation de coopération et de développement économique (OCDE), qui sont établis de façon à être robustes (à la fois fiables et faisables) et réplicables par différents laboratoires. Toutefois, ces protocoles prennent rarement en compte ce qui se passe après l’exposition. Or, certains effets peuvent apparaître bien plus tard, parfois à l’âge adulte après une exposition embryonnaire, voire affecter les générations suivantes.

C’est le cas de certains perturbateurs endocriniens, pour lesquels une exposition précoce peut entraîner des troubles de la reproduction sur plusieurs générations. Si ces phénomènes commencent à être inclus dans certains cadres d’évaluation, ils restent encore largement sous-estimés.

Ces lacunes s’ajoutent à d’autres. Citons par exemple l’absence de prise en compte de possibles effets cocktails car les tests portent sur des substances isolées (pourtant présentes en mélanges complexes dans l’environnement), l’utilisation presque exclusive d’espèces animales modèles ou la simplification des conditions de laboratoire. Tout ceci ignore les interactions écologiques et les variations environnementales.

Un autre point critique de ces tests concerne la diversité génétique au sein des espèces. Pour garantir la reproductibilité, les expériences utilisent généralement des lignées d’organismes standardisées, c’est-à-dire génétiquement homogènes, considérant la variabilité génétique comme un « bruit » à éliminer. Cette simplification pose problème.

D’une part, elle limite la représentativité des résultats : une seule souche ne reflète pas nécessairement la réponse de toute une espèce.
D’autre part, elle empêche de comprendre les capacités d’adaptation des populations, notamment face aux pesticides, pour lesquels de nombreuses résistances génétiques sont identifiées chez les espèces cibles.

Cela pose un véritable problème non seulement aux utilisateurs et aux fabricants des substances testées, mais aussi en matière de santé publique.

Des effets évolutifs encore mal intégrés

Les polluants ne se contentent en outre pas d’affecter les organismes à court terme : ils peuvent aussi influencer leur évolution. Cette dimension reste pourtant peu considérée dans l’évaluation du risque.

Les organismes disposent de plusieurs mécanismes pour répondre aux stress environnementaux. À court terme, ils peuvent ajuster leur physiologie grâce à la plasticité phénotypique, qui désigne le fait qu’un génotype exprime différents phénotypes selon l’environnement. Certains de ces ajustements reposent sur des mécanismes épigénétiques, qui modulent l’expression des gènes sans en modifier la séquence.

Or, ces mécanismes peuvent être influencés par les contaminants. Ils peuvent modifier les processus développementaux, la physiologie ou la reproduction. Certaines de ces modifications peuvent même être transmises à la descendance, ouvrant la voie à des effets intergénérationnels encore mal décrits. Cette plasticité épigénétique permet aux organismes de répondre rapidement à un stress environnemental, parfois de façon réversible, mais elle soulève des questions sur la stabilité de ces réponses et leur influence sur la dynamique évolutive des populations.

Parce que oui, les polluants peuvent aussi, à plus long terme, orienter l’évolution des populations. L’adaptation repose alors sur une combinaison de processus macroévolutifs et microévolutifs (la microévolution décrivant les changements au sein d’une même espèce, et la macroévolution ceux qui portent plutôt sur la spéciation et l’évolution des groupes d’espèces), en lien avec les pressions actuelles.

Ces processus peuvent donner lieu à l’émergence rapide de résistances, par sélection de variants génétiques, à l’apparition de mutations avantageuses ou encore à la transmission de modifications épigénétiques induites par l’environnement. L’évolution des résistances aux pesticides en est une illustration frappante. Ces dynamiques, parfois rapides, montrent que les polluants ne modifient pas seulement l’état de santé des organismes, mais aussi leur trajectoire évolutive.

Ces processus – plasticité, héritage épigénétique, évolution génétique – influencent profondément la manière dont les populations réagissent aux polluants, mais sont encore rarement pris en compte dans les évaluations réglementaires.

Vers une écotoxicologie plus prédictive

Face aux défis environnementaux actuels, la prise en compte de toutes ces interactions par l’écotoxicologie devient impérative : elle ne peut plus se contenter d’évaluer des effets à court terme dans des conditions simplifiées. Il est à cet égard réconfortant de noter l’émergence de nouvelles approches. Par exemple :

à l’échelle évolutive, certaines méthodes statistiques s’appuient par exemple sur les relations de parenté entre espèces, ou encore la conservation de familles de protéines cibles pour identifier un signal phylogénétique permettant de prédire la sensibilité des unes à partir de la sensibilité des autres ;
à l’échelle des populations, les outils de génomique facilitent la détection de signatures d’adaptation ou de plasticité en réponse aux polluants, mettant en évidence des dynamiques microévolutives ;
enfin, certaines études tentent de mettre en évidence les compromis induits par l’adaptation aux contaminants : celle-ci est susceptible d’augmenter la sensibilité à d’autres stress, voire de réduire la capacité générale d’adaptation des organismes, exacerbant potentiellement les effets délétères des autres changements globaux sur la biodiversité dans son ensemble.

Ces avancées contribuent à intégrer une nouvelle dimension dans l’évaluation du risque : la vulnérabilité des espèces et des populations, qui dépend non seulement de leur exposition aux polluants, mais aussi de leur capacité à y répondre et à s’y adapter.

Repenser le risque à l’ère de l’anthropocène

Alors que la biodiversité décline à un rythme sans précédent, la pollution chimique est identifiée par la Plateforme intergouvernementale scientifique et politique sur la biodiversité et les services écosystémiques (IPBES) comme l’un des principaux facteurs de cette crise. Les pesticides, conçus pour être toxiques, en sont une illustration particulièrement frappante.

L’écotoxicologie doit dès lors évoluer en intégrant l’ensemble des processus écoévolutifs et en tenant compte des différents rythmes auxquels ils se déroulent. Ceci permettrait d’améliorer à la fois la capacité prédictive de l’écotoxicologie et sa pertinence vis-à-vis des dynamiques écosystémiques.

L’enjeu est de taille : il ne s’agit plus seulement d’accompagner la mise sur le marché des substances chimiques, au rythme des priorités définies par les pouvoirs publics, mais de comprendre leur influence sur la capacité d’adaptation des organismes aux changements environnementaux.

Une écotoxicologie plus intégrative des processus écoévolutifs pourrait ainsi permettre d’améliorer à la fois la capacité prédictive de l’écotoxicologie et sa pertinence pour répondre aux défis environnementaux du XXIᵉ siècle.

Marie-Agnès Coutellec a reçu des financements de: INRAE, ANSES, ANR, CNRS.

Cassandre Aimon et Thomas Sol Dourdin ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’ont déclaré aucune autre affiliation que leur poste universitaire.

– ref. Face aux défis de l’anthropocène, l’écotoxicologie doit s’adapter pour améliorer ses capacités de prédiction – https://theconversation.com/face-aux-defis-de-lanthropocene-lecotoxicologie-doit-sadapter-pour-ameliorer-ses-capacites-de-prediction-285650