Ionizing radiation is a mutagen with known negative impacts on individual fitness. However, much less is known about how these individual fitness effects translate into population‐level variation in natural environments that have experienced varying levels of radiation exposure. In this study, we sampled genotypes of the freshwater crustacean, Daphnia pulex, from the eight inhabited lakes across the Chernobyl Exclusion Zone (CEZ). Each lake has experienced very different levels of chronic radiation exposure since a nuclear power reactor exploded there over thirty years ago. The sampled Daphnia genotypes represent genetic snapshots of current populations and allowed us to examine fitness‐related traits under controlled laboratory conditions at UK background dose rates. We found that whilst there was variation in survival and schedules of reproduction among populations, there was no compelling evidence that this was driven by variation in exposure to radiation. Previous studies have shown that controlled exposure to radiation at dose rates included in the range measured in the current study reduce survival, or fecundity, or both. One limitation of this study is the lack of available sites at high dose rates, and future work could test life history variation in various organisms at other high radiation areas. Our results are nevertheless consistent with the idea that other ecological factors, for example competition, predation or parasitism, are likely to play a much bigger role in driving variation among populations than exposure to the high radiation dose rates found in the CEZ. These findings clearly demonstrate that it is important to examine the potential negative effects of radiation across wild populations that are subject to many and varied selection pressures as a result of complex ecological interactions.
Titre de l'article
La variation d'exposition chronique aux radiations n'influence pas la divergence des traits d'histoire de vie des populations de daphnie de la zone d'exclusion de Tchernobyl
La variation d'exposition chronique aux radiations n'influence pas la divergence des traits d'histoire de vie des populations de daphnie de la zone d'exclusion de Tchernobyl
Introduction à l'article
Les radiations ionisantes constituent un agent mutagène dont les effets négatifs sur la fitness des individus sont connus. Cette publication regarde l’impact de ces réductions de fitness individuelles sur les variations de fitness des populations. Les daphnies, des crustacés lacustres, sont une espèce de choix du fait de leur répartition discrète entre les lacs de la CEZ et de leur très faible fréquence de migration inter-population. Elles permettent donc d’étudier des populations indépendantes exposées à différents taux de radioactivité. La variation de deux traits d’histoire de vie, la survie et la fécondité, a été utilisé pour étudier les variations de fitness entre ces populations. Deux tendances en lien avec l’augmentation du niveau de radiations sont testées, une diminution de la variabilité de fitness des populations serait un indice de sélection naturelle et une diminution de la fitness moyenne soutiendrait un effet négatif des radiations sur ces populations.
Les radiations ionisantes constituent un agent mutagène dont les effets négatifs sur la fitness des individus sont connus. Cette publication regarde l’impact de ces réductions de fitness individuelles sur les variations de fitness des populations. Les daphnies, des crustacés lacustres, sont une espèce de choix du fait de leur répartition discrète entre les lacs de la CEZ et de leur très faible fréquence de migration inter-population. Elles permettent donc d’étudier des populations indépendantes exposées à différents taux de radioactivité. La variation de deux traits d’histoire de vie, la survie et la fécondité, a été utilisé pour étudier les variations de fitness entre ces populations. Deux tendances en lien avec l’augmentation du niveau de radiations sont testées, une diminution de la variabilité de fitness des populations serait un indice de sélection naturelle et une diminution de la fitness moyenne soutiendrait un effet négatif des radiations sur ces populations.
Expériences de l'article
Des Daphnies de huit lacs, présentant des niveaux de radioactivité différents, ont été échantillonnées et génotypées. Des lignées clonales ont été élevées dans des conditions identiques en laboratoire. Des mesures de survie et de fécondité ont été effectuées à partir de la troisième génération née en laboratoire afin de limiter la variation due à des effets maternels. La mesure de la survie a été obtenue à partir du jour de mort de chaque individu, celle de la fécondité a été estimée par trois métriques, le nombre de descendants, le nombre d’individus ne s’étant pas reproduit et l’âge de première reproduction. Une estimation de la fitness populationnelle globale a été calculée en prenant en compte l’âge des individus, le taux de survie et le nombre de descendants. Pour chaque métrique, l’effet de l’intensité des radiations et de la structure en population sur la variation de fitness a été testé en prenant les différents génotypes au sein des populations comme effet aléatoire.
Des Daphnies de huit lacs, présentant des niveaux de radioactivité différents, ont été échantillonnées et génotypées. Des lignées clonales ont été élevées dans des conditions identiques en laboratoire. Des mesures de survie et de fécondité ont été effectuées à partir de la troisième génération née en laboratoire afin de limiter la variation due à des effets maternels. La mesure de la survie a été obtenue à partir du jour de mort de chaque individu, celle de la fécondité a été estimée par trois métriques, le nombre de descendants, le nombre d’individus ne s’étant pas reproduit et l’âge de première reproduction. Une estimation de la fitness populationnelle globale a été calculée en prenant en compte l’âge des individus, le taux de survie et le nombre de descendants. Pour chaque métrique, l’effet de l’intensité des radiations et de la structure en population sur la variation de fitness a été testé en prenant les différents génotypes au sein des populations comme effet aléatoire.
Résultats de l'article
Des différences significatives de survie sont observées entre les lacs mais aucune n’est corrélée au taux de radiations. En ce qui concerne la fécondité, un effet significatif de l’intensité des radiations sur le nombre total de descendants a été détecté, cependant cette variation est encore mieux expliquée par les populations. Il a été noté un effet marginal non-significatif de l’intensité des radiations sur l’échec à la reproduction, ce qui suggère que si les radiations induisent la stérilité de certains individus, il semble peu probable que cela se traduise par un effet à l’échelle de la population. Les différences entre populations expliquent également mieux la variation de l’âge de première reproduction que ne le fait l’intensité des radiations. En ce qui concerne la métrique traduisant la fitness, ni la structure en population ni l’intensité des radiations ne montrent un effet significatif.
Des différences significatives de survie sont observées entre les lacs mais aucune n’est corrélée au taux de radiations. En ce qui concerne la fécondité, un effet significatif de l’intensité des radiations sur le nombre total de descendants a été détecté, cependant cette variation est encore mieux expliquée par les populations. Il a été noté un effet marginal non-significatif de l’intensité des radiations sur l’échec à la reproduction, ce qui suggère que si les radiations induisent la stérilité de certains individus, il semble peu probable que cela se traduise par un effet à l’échelle de la population. Les différences entre populations expliquent également mieux la variation de l’âge de première reproduction que ne le fait l’intensité des radiations. En ce qui concerne la métrique traduisant la fitness, ni la structure en population ni l’intensité des radiations ne montrent un effet significatif.
Rigueur de l'article
L’hétérogénéité de l’intensité des radiations sur le site de Tchernobyl présente à la fois un intérêt majeur, permettant de comparer l’effet de différents niveaux de radioactivité, mais aussi un frein à ce genre d’étude suivant les capacités de déplacement des espèces. Cette étude présente un organisme modèle remédiant à ce problème. Afin d’estimer la fitness des populations, l’utilisation de plusieurs métriques, testées ensuite indépendamment par des tests statistiques adaptés, apporte de la solidité aux résultats. Les chercheurs apportent de la nuance à leurs résultats discutant du lac Yampol, présentant des valeurs extrêmes de fertilité, malgré une faible radioactivité, et qui biaise à lui seul l’effet des populations (= des lacs) sur le nombre de descendants et sur la stérilité. De la nuance est également apportée aux conclusions, précisant que l’absence d’effet sur les traits d’histoire de vie ne signifie pas aucun effet sur l’évolution des populations.
L’hétérogénéité de l’intensité des radiations sur le site de Tchernobyl présente à la fois un intérêt majeur, permettant de comparer l’effet de différents niveaux de radioactivité, mais aussi un frein à ce genre d’étude suivant les capacités de déplacement des espèces. Cette étude présente un organisme modèle remédiant à ce problème. Afin d’estimer la fitness des populations, l’utilisation de plusieurs métriques, testées ensuite indépendamment par des tests statistiques adaptés, apporte de la solidité aux résultats. Les chercheurs apportent de la nuance à leurs résultats discutant du lac Yampol, présentant des valeurs extrêmes de fertilité, malgré une faible radioactivité, et qui biaise à lui seul l’effet des populations (= des lacs) sur le nombre de descendants et sur la stérilité. De la nuance est également apportée aux conclusions, précisant que l’absence d’effet sur les traits d’histoire de vie ne signifie pas aucun effet sur l’évolution des populations.
Ce que cet article apporte au débat
Les études récentes s’intéressant à l’effet des radiations sur les populations se sont surtout concentrées sur des indicateurs dérivés de mesures d’effectifs. Cette publication s’intéresse à une autre mesure de la santé des populations, la fitness. Elle montre que pour les populations étudiées, les radiations ne semblent ni diminuer la fitness globale des populations ni être un facteur important de sélection sur les traits d’histoire de vie. Au vu des résultats obtenus il semblerait que d’autres facteurs écologiques (compétition, prédation, parasitisme…) aient un plus grand effet sur l’évolution des populations. Ces résultats tendent à soutenir un effet modélisé par Polikarpov en 1998, l’« ecological masking », qui veut qu’en dessous d’une certaine intensité de radioactivité, les effets visible sur les individus vont être masqués à l’échelle des populations ou des communautés.
Les études récentes s’intéressant à l’effet des radiations sur les populations se sont surtout concentrées sur des indicateurs dérivés de mesures d’effectifs. Cette publication s’intéresse à une autre mesure de la santé des populations, la fitness. Elle montre que pour les populations étudiées, les radiations ne semblent ni diminuer la fitness globale des populations ni être un facteur important de sélection sur les traits d’histoire de vie. Au vu des résultats obtenus il semblerait que d’autres facteurs écologiques (compétition, prédation, parasitisme…) aient un plus grand effet sur l’évolution des populations. Ces résultats tendent à soutenir un effet modélisé par Polikarpov en 1998, l’« ecological masking », qui veut qu’en dessous d’une certaine intensité de radioactivité, les effets visible sur les individus vont être masqués à l’échelle des populations ou des communautés.
Remarques sur l'article
Cette étude propose également des perspectives intéressantes en ce qui concerne des recherches supplémentaires pouvant relativiser ou renforcer les résultats obtenus ici. Tout d’abord, un certaine nombre d’études d’écotoxicologie tendent à montrer qu’étudier l’effet d’une seule source de stress tendrait à minimiser les effets subis par les individus. Il serait donc nécessaire de s’intéresser aux effets des interactions entre la radioactivité et d’autres stress à la fois à l’échelle individuelle et populationnelle. De plus il est suggéré que d'autres facteurs écologiques semblent avoir plus d’effets, il serait donc intéressant de quantifier et comparer les effets de la compétition, de la prédation etc. par rapport à ceux des radiations sur la fitness des populations.
Cette étude propose également des perspectives intéressantes en ce qui concerne des recherches supplémentaires pouvant relativiser ou renforcer les résultats obtenus ici. Tout d’abord, un certaine nombre d’études d’écotoxicologie tendent à montrer qu’étudier l’effet d’une seule source de stress tendrait à minimiser les effets subis par les individus. Il serait donc nécessaire de s’intéresser aux effets des interactions entre la radioactivité et d’autres stress à la fois à l’échelle individuelle et populationnelle. De plus il est suggéré que d'autres facteurs écologiques semblent avoir plus d’effets, il serait donc intéressant de quantifier et comparer les effets de la compétition, de la prédation etc. par rapport à ceux des radiations sur la fitness des populations.
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