Temporal changes in nickel and vanadium concentrations and in condition index and metallothionein levels in three species of molluscs following the “Erika” oil spill

Bioaccumulation du nickel et du vanadium, de l’indice de condition et de la métallothionéine chez trois espèces de mollusques, suite au naufrage de l’« Erika »

¹ Service d'écotoxicologie, SMAB, EA 2160, ISOMer, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, BP 92208, 44322 Nantes Cedex 3, France
² EMI, EA 2663, ISOMer, Université de Nantes, 2 rue de la Houssinière, BP 92208, 44322 Nantes Cedex 3, France

Corresponding author: Jean-Claude.Amiard@isomer.univ-nantes.fr

Received: 16 December 2003
Accepted: 26 August 2004

Abstract

The petroleum spilt by the tanker “Erika” contained environmentally high concentrations of nickel (45 mg kg⁻¹) and vanadium (83 mg kg⁻¹). Our aim was to show that nickel and vanadium concentrations in marine organisms could be used as tracers of their exposure to oil deposits along the coast. Two biomarkers were determined, condition index (CI) and metallothionein levels. Samples were collected monthly from January to May 2000 from five sites along the coast of Vendée and Loire Atlantique: (1) Lérat, (2) La Govelle, (3) Saint Gildas, (4) La Bernerie and (5) La Fosse. Among benthic invertebrates, mussels Mytilus edulis (filter-feeders), periwinkles Littorina littorea (grazing-feeders) and dogwhelks Nucella lapillus (carnivora, bivalve predators) were selected. In addition, mussels were collected from a control site, Fier d'Ars (Ré Island). The species chosen as bioindicators have responded to the presence of oil in their environment by accumulating nickel and vanadium. The bioaccumulation of vanadium occurred early one month after oil spill whereas nickel bioaccumulation was deferred, probably as a consequence of a lower stability of vanadylporphyrins compared to nickelporphyrins which are known in particular for their role in stabilizing emulsions (film at the water/oil interface). Interspecific differences may be explained by different food habits: periwinkles grazed contaminated algae; mussels as filter-feeders retained particles and colloids from the water column; dogwhelks fed on mussels. Spatio-temporal changes of nickel and vanadium concentrations may result from (i) the arrival of new oil slicks, (ii) the action of cleaning of the coasts contributing to the re-suspension of petroleum. In all of the three species, few changes of the CI were observed from site to site. CI variations were linked to sexual ripening in mussels. Mussels originating from the control site showed MT concentrations significantly lower than those in specimens from impacted sites. The highest MT concentrations were observed in January and February, and then a consistent decrease was registered in March and May. MT concentrations in periwinkles increased very significantly in March and May. An increase in MT concentrations was also shown at this period in dogwhelks. Depending on the species, positive correlations were shown between MT and nickel and/or vanadium concentrations.

Résumé

Le pétrole de l'« Erika » présentait des concentrations élevées en nickel (45 mg kg⁻¹) et en vanadium (83 mg kg⁻¹). Notre objectif était de montrer que les concentrations en nickel et en vanadium dans les organismes pouvaient rendre compte de leur exposition aux dépôts de pétrole sur le littoral. Deux biomarqueurs ont été également mesurés, l'indice de condition (IC) et les concentrations en métallothionéine. Les prélèvements ont été réalisés pendant quatre mois (janvier, février, mars et mai 2000) sur cinq sites du littoral de la Vendée et de la Loire Atlantique: (1) Lérat, (2) La Govelle, (3) Saint Gildas, (4) La Bernerie et (5) La Fosse et pour Mytilus edulis sur un site indemne de pollution, le Fier d'Ars (Ile de Ré). Les invertébrés benthiques retenus sont les moules Mytilus edulis (filtreurs), les littorines Littorina littorea (brouteurs) et les nucelles Nucella lapillus (prédateurs de bivalves). Les espèces indicatrices choisies (Mytilus edulis, Nucella lapillus et Littorina littorea) répondent à la présence d'hydrocarbures dans leur milieu par une bioaccumulation du nickel et du vanadium. La bioaccumulation du vanadium est précoce, un mois après le naufrage, celle du nickel intervenant plus tardivement probablement en raison d'une stabilité moindre des vanadylporphyrines comparées aux nickelporphyrines qui, notamment, stabilisent les émulsions (film à l'interface eau/pétrole). Les différences de bioaccumulation entre les espèces peuvent s'expliquer par leur régime alimentaire propre : la littorine broute les algues souillées, la moule filtre la colonne d'eau (particules, colloïdes), la nucelle perce les moules. Les évolutions spatio-temporelles des concentrations en nickel et vanadium peuvent s'expliquer par (i) l'arrivée de nouvelles nappes et (ii) les travaux de nettoyage favorisant la remise en suspension du pétrole. Les indices de condition (IC) varient peu pour les trois espèces entre les sites. Les seules observations sont des variations temporelles liées à la maturation sexuelle chez la moule. Chez la moule, les organismes du Fier d'Ars ont des concentrations en MT significativement plus faibles que celles des autres sites impactés. Les concentrations maximales en MT sont observées en janvier et en février puis nous notons une baisse sensible des concentrations en MT en mars et mai. Les concentrations en MT des littorines augmentent de façon nette et significative en mars et mai. Les concentrations en MT des nucelles augmentent également en mars et mai. Selon les espèces des corrélations positives sont relevées entre les concentrations de nickel et/ou de vanadium et celles de la métallothionéine.