Projet Treefrog
L’étude des effets à long terme d’une contamination radioactive sur la faune sauvage constitue un défi majeur en raison de la complexité des écosystèmes, des interactions entre espèces, de la présence de multiples facteurs confondants (e.g. habitats, stresseurs multiples) et de la difficulté de reconstruire les expositions de la faune sauvage. Une approche pertinente consiste à s’appuyer sur des espèces sentinelles, particulièrement sensibles aux perturbations de leur environnement et capables de révéler l’état écologique des milieux contaminés.
Le projet TREEFROG se focalise ainsi sur un amphibien sentinelle : la rainette arboricole, étudiée in natura dans les zones affectées par les accidents nucléaires de Tchernobyl (1986) et de Fukushima (2011). Les amphibiens présentent en effet plusieurs caractéristiques qui en font de bons indicateurs des contaminations environnementales : une peau très perméable, un cycle de vie aquatique et terrestre, et une faible capacité de dispersion qui les rendent particulièrement sensibles aux pollutions locales, y compris la contamination radioactive, sur le long terme.
Les amphibiens font par ailleurs partie des animaux et plantes de référence (Reference, Animal and Plant, RAP) définis par la Commission Internationale pour la Radioprotection (CIPR), pour l’évaluation de la radioprotection de l’environnement.
Le projet TREEFROG, piloté par l’ASNR, a bénéficié du soutien de financements en France (EC2CO 2022-2024, ECCOREV 2021-2025, NEEDS 2013, 2018) et au Japon (ERAN 2022, 2023, 2024).
Contexte du projet et objectifs
Il s’agit de caractériser l’état de santé des populations de rainettes arboricoles mâles grâce à une approche multi-échelles, allant de l’analyse des effets écophysiologiques individuels à celle des dynamiques populationnelles, et d’y associer une reconstruction de l’exposition des organismes. Le choix de se concentrer sur les mâles repose notamment sur leur détectabilité lors de la période de reproduction, pendant laquelle les individus matures sexuellement, seul ou en attroupement, émettent des chants au niveau des sites de reproduction (marécage, rizières) pour une sélection par la femelle du meilleur mâle reproducteur.
Une combinaison d’indicateurs classiques (tels que la masse, la longueur des individus, …) et d’analyses fonctionnelles à plusieurs niveaux (génomique et phénotypique), a été adoptée pour permettre d’évaluer les réponses biologiques des individus aux stress environnementaux causés par les rayonnements ionisants. Parallèlement, une approche de génétique est mise en œuvre pour mieux comprendre la structuration des populations et les dynamiques migratoires qui peuvent influencer la résilience et l’adaptation de cette espèce sauvage vivant en milieux contaminés.
Au-delà du côté « intégré », une dimension originale de ce projet réside dans la prise en compte de différents facteurs (notamment diversité génétique et niveau trophique) pouvant influencer les réponses des organismes, ainsi que d’une estimation fine des expositions des individus, ceci dans deux contextes d’accident nucléaire différents, i.e. Tchernobyl et Fukushima.
Dates de réalisation : Thèse de Clément Car 2019-2022, Thèse de Léa Dasque 2022-2025
Budget : 80 k euros
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EC2CO 2022-2024
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ECCOREV 2021-2025
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ERAN 2022, 2023, 2024
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NEEDS 2013, 2018
Déroulement du projet
Axe Programme Santé-Environnement
Plusieurs campagnes de terrain menées dans la zone d’exclusion de Tchernobyl (2016, 2017, 2018), et trois campagnes de terrain dans la préfecture de Fukushima, en 2013, 2022 et 2024, ont permis de collecter des échantillons et de réaliser des analyses aux niveaux individuel (masse, taille, âge, paramètres sexuels primaires (paramètres spermatiques), secondaires (chants), changements métaboliques, etc.) et populationnel (par transcripto-génomique). Le contexte géopolitique à Tchernobyl n’a pas permis la poursuite des travaux débutés ; les actions autour de cette problématique se sont poursuivies à Fukushima.
Résultats du projet
À Tchernobyl, les résultats obtenus ont révélé que les rainettes vivant dans la Zone d’Exclusion de Tchernobyl (ZET) présentent des caractéristiques spécifiques : une masse corporelle moyenne réduite, une diversité génétique diminuée associée à un degré de parenté élevé, typique de petites populations génétiquement appauvries, ainsi qu’une accumulation de mutations délétères dans des gènes impliqués dans le métabolisme énergétique. Au niveau populationnel, les analyses génétiques ont mis en évidence une dynamique de type « source-puits », caractérisée par un flux unidirectionnel d’individus depuis des zones moins contaminées vers le cœur de la ZET. Ce mécanisme suggère que la migration et les échanges génétiques locaux jouent un rôle clé dans la persistance des populations dans les zones les plus contaminées de la ZET.
A Fukushima, sur la base des observations faites dans la ZET et des connaissances sur la radiosensibilité de la fonction de reproduction, des études fonctionnelles sur le métabolisme et les paramètres reproducteurs ont été réalisées en plus du suivi des paramètres généraux (masse, âge, taille), et des analyses génétiques pour qualifier la structuration des populations. Les analyses fonctionnelles ont révélé des ajustements métaboliques dans le foie ou les muscles sollicités par la production de chants pour les individus les plus contaminés, et des altérations de paramètres associés à la reproduction à plusieurs niveaux d’organisation biologique ; du moléculaire avec des modulations d’expressions de gènes impliqués dans la condensation de la chromatine et liés à la structure flagellaire des spermatozoïdes, aux échelles cellulaire montrant des défauts structurels des têtes des spermatozoïdes et individuelle identifiant une diminution de la densité spermatique.
Les résultats préliminaires sur la structure des populations révèlent à Fukushima une situation plus complexe que dans la ZET, avec des différences génétiques locales marquées sur des zones géographiques relativement restreintes. Ces facteurs potentiellement confondants ont été pris en compte pour mieux interpréter les effets observés, mais complexifient la recherche des mutations potentielles induites par la radiocontamination, qui continue de faire l’objet des recherches en cours.
Au bilan, les résultats concernant la santé des individus, montrent que certains processus biologiques (e.g. métabolisme énergétique, paramètres reproducteurs) sont modifiés aux différentes échelles biologiques testées, de manière cohérente avec les connaissances de la littérature sur l’exposition chronique de différentes espèces modèles aux rayonnements ionisants et ayant in fine montré un impact sur la dynamique de reproduction des populations.
Enfin, l’étude détaillée des expositions pour cet organisme sur la période considérée révèle que ces résultats d’effet ont pour la plupart été observés à des débits de dose en deçà du DCRL (Derived Consideration Reference Level) « grenouille » proposé par la CIPR, correspondant au niveau d’exposition en dessous duquel les effets radiologiques sur les populations sont considérés comme négligeables ou très improbables. Cependant, ce débit de dose actuel ne rend notamment pas compte des expositions passées, multigénérationnelles, subies par ces populations dans les zones contaminées, ni de la dose cumulée sur la durée de vie des individus. A titre d’exemple, si ces débits de dose d’exposition sont intégrés à l’échelle d’une « dose vie* » pour chaque individu, cette dose peut atteindre 1‑2 Gy à Tchernobyl et 150 mGy à Fukushima pour les individus les plus exposés, en fonction de leur âge. Dans les deux cas, ces valeurs dépassent le seuil des faibles doses, soulignant l’importance de considérer aussi l’historique d’exposition.
L’ensemble de ces observations met en évidence deux enjeux clés : d’une part, l’importance de telles études sur des espèces sauvages, en conditions environnementalement réalistes intégrant la composante multiparamétrique des expositions (multi-générationelles, en interaction avec d’autres espèces, d’autres stresseurs), les paramètres confondants tel que la diversité génétique, pour une évaluation plus robuste et écologiquement pertinente des effets à long terme ; d’autre part, la nécessité d’intégrer plusieurs métriques de dose (débits de dose actuel, dose vie, historique d’exposition) pour mieux caractériser l’exposition des biotas non-humains vivants à long-terme dans des environnements complexes et dynamiques.
*Dose calculée sur la base du débit de dose total reconstruit pendant la période de reproduction, et de l’âge des individus, déterminé par squelettochronologie, en considérant le débit de dose total constant (sauf décroissance radioactive des radionucléides présents) sur la totalité de la période.
Perspectives
Ces travaux se poursuivent avec l’objectif d’utiliser des méthodes non invasives de mesure d’ADN environnemental (eDNA) et de métabarcoding pour caractériser les dynamiques populationnelles de cette espèce sentinelle à partir de matrices environnementales (sols, etc.).
Aussi, en 2025, un projet intitulé HoloDryo a été soumis à EC2CO afin d’approfondir les recherches sur la biobanque d’échantillons existants, et d’évaluer les modifications, en réponse aux perturbations environnementales des microbiotes (intestinal et cutané), représentant une unité fonctionnelle essentielle dans l’écologie et la physiologie des organismes. Enfin, les connaissances acquises sur la rainette arboricole seront notamment utilisées pour évaluer l’état de santé écologique d’un agroécosystème rizière – forêt, primordial au Japon, en situation post-accidentelle et établir le cas échéant les liens entre ce paramètre, les pressions anthropiques et la perception de l’état écologique par les populations locales. Ces recherches feront partie du projet ANR KAERU, dont le dépôt a été réalisé en 2026.
Production scientifique
Liste des publications
- Car C., Gilles A., Armant O., Burraco P., Beaugelin‐Seiller K., Gashchak S., Camilleri V., Cavalié I., Laloi P., Adam‐Guillermin C. (2022). « Unusual evolution of tree frog populations in the Chernobyl exclusion zone », Evolutionary applications, 15, n° 2, p. 203‑219.
- Car C., Gilles A., Goujon E., Muller M.-L.D., Camoin L., Frelon S., Burraco P., Granjeaud S., Baudelet E., Audebert S., Orizaola G., Armangaud J., Tenenhaus A., Garali I., Bonzom J.-M., Armant O. (2023). « Population transcriptogenomics highlights impaired metabolism and small population sizes in tree frogs living in the Chernobyl Exclusion Zone », BMC Biology, 21, n° 1, p. 164.
- Dasque L., Roussel D., Bonzom J.-M., Armant O., Car C., Nanba K., Ishiniwa H., Wada T., Miura I., Gardette V., Camilleri V., Simon L., Delignette-Muller M.-L., Frelon S., Mondy N. (2025). « Environmental radioactivity impacts bioenergetic in tree frog of Fukushima », Environmental Pollution, 385 p. 127147.
- (Soumis, mars 2026) Dasque L., Car C., Jean-Marc B., André G., Isabelle C., Floriani M., Orjollet D., Nanba K., Ishiniwa H., Wada T., Miura I., Labbe C., Dumet A., Mondy N., Frelon S., Armant O. (2025). « A decade of radioactive contamination: reproductive alteration in tree frogs across biological scales ».
- (En cours de rédaction, mars 2026) Dasque L., Lengagne T., Josserand R., Armant O., Cavalie I., Lambert Q., Ishiniwa H., Nanba K., Camilleri V., Troncin F., Gardette V., Orjollet D., Dubourg N., Beaugelin-Seiller K., Cohas A., Mondy N., Frelon S., Bonzom J.-M. (s. d.). « Temporal changes in radiation effects on treefrog calling behaviour after the Fukushima nuclear accident. ».
- (En cours de rédaction, mars 2026) Camoin L., Dasque L., Roussel D., Car C., Audebert S., Granjeaud S., Baudelet E., Gilles A., Delignette-Muller M.-L., Armengaud J., Mondy N., Bonzom J.-M., Armant O., Frelon S. (s. d.). « Protein expression patterns and activities of two metabolic enzymes highlight a disturbance in the metabolic pathways of tree frogs living in the Chernobyl Exclusion Zone ».
Participation à conférences
- Dasque L., Car C., Bonzom J-M., Gilles A., Cavalie I., Floriani M., Nanba K., Ishiniwa H., Miura I., Mondy N., Frelon S., Armant O. Ecological health and ecosystem functioning in post-accidental contexts: challenges under multiple anthropic pressures. MITATE Lab annual workshop, Octobre 2025, Japon.
- Dasque L., Car C., Bonzom J-M., Gilles A., Cavalie I., Floriani M., Nanba K., Ishiniwa H., Miura I., Mondy N., Frelon S., Armant O. Impacts of ionizing radiation on reproductive processes in Fukushima tree frogs: transcriptomic and functional insights. The Society for Experimental Biology Annual Conference, Juillet 2025, Anvers, Belgique.
- Dasque L., Camoin L., Delignette-Muller M.-L., Roussel D., Car C., Audebert S., Granjeaud S., Baudelet E., Gilles A., Armengaud J., Mondy N., Bonzom J.M., Armant O., Frelon S. Disturbance in the metabolic pathways of tree frogs living in the Chornobyl Exclusion Zone. Society of Environmental Toxicology and Chemistry, Mai 2025, Vienne, Autriche.
- Dasque L., Roussel D., Lengagne- T., Bonzom J-M., Armant O., Frelon S., Mondy N. Study of the Effects of Environmental Radiocontamination on the Ecophysiology of an Amphibian, the Tree Frog. DECRYP'THESE, Février 2025, Lyon, France.
- Dasque L., Roussel D., Armant O., Car C., Camilleri V., Nanba K., Ishiniwa H., Toshihiro W., Bonzom J-M., Frelon S., Mondy N. Environmental radioactivity impacts bioenergetic in tree frog of Fukushima. International Conference on Radioecology & Environmental Radioactivity, November 2024, Marseille, France.
- Dasque L., Roussel D., Bonzom J-M., Armant O., Car C., Cheynel L., Gilles A., Nanba K., Ishiniwa H., Wada T., Frelon S., Mondy N. Environmental radioactivity impacts bioenergetic in tree frog of Fukushima. Ecology & Behaviour Conference, August 2024, Chizé, France.
- Dasque L., Roussel D., Bonzom J-M., Armant O., Car C., Cheynel L., Gilles A., Nanba K., Ishiniwa H., Wada T., Frelon S., Mondy N. Impact of the Fukushima nuclear accident on the energy metabolism of tree frogs. Animal Ecophysiology Symposium (CEPA), November 2023, Tours, France.
- Car C., Dasque L., Bonzom J-M. Ecological impacts in Fukushima Prefecture following the nuclear accident. International symposium "Multidisciplinary assessment of the situation at Fukushima", September 2023, Aubervilliers, France.
- Frelon S., Camoin L., Audebert S., Granjeaud S., Baudelet E., Bonzom J-M., Car C., Dasque L., Goujon E., Gilles A., Delignette-Muller M.-L., Armengaud J., Armant O. Specific expression pattern for tree frogs living in Chernobyl Exclusion Zone. ProteoAix, 3rd Joint Meeting of Spanish, French, and Portuguese Societies for Proteomics, Juin 2023, Aix-en-Provence, France.
Posters
- Dasque L., Lengagne T., Mondy N., Gilles A., Nanba K., Ishiniwa H., Lambert Q., Cavalie I., Camilleri V., Armant O., Frelon S., Bonzom J-M. Effect of radioactive contamination in Fukushima Prefecture on wildlife: the case of the tree frog. Environmental Radioactivity Network Center (ERAN), Février 2025, Japon.
- Camoin L., Dasque L., Roussel D., Car C., Audebert S., Granjeaud S., Baudelet E., Gilles A., Delignette-Muller M.-L., Armengaud J., Mondy N., Bonzom J.M., Armant O., Frelon S. Protein expression patterns and activities of two metabolic enzymes (CS and LDH) highlight a disturbance in the metabolic pathways of tree frogs living in the Chernobyl Exclusion Zone. International Conference on Radioecology & Environmental Radioactivity, November 2024, Marseille, France.
- Dasque L., Roussel D., Armant O., Car C, Gilles A., Nanba K., Ishiniwa H., Wada T., Mondy N., Frelon S., Bonzom J-M. Environmental radioactivity impacts bioenergetics in tree frog of Fukushima. International congress in Ecology & Evolution (SFE2), Octobre 2024, Lyon, France.
- Dasque L., Roussel D., Armant O., Car C, Gilles A., Nanba K., Ishiniwa H., Wada T., Mondy N., Frelon S., Bonzom J-M. Effects of environmental radiocontamination in Fukushima Prefecture on tree frog metabolism. Institute of Environmental Radioactivity (IER), Février 2024, Japon.
- Dasque L., Roussel D., Armant O., Car C, Gilles A., Nanba K., Ishiniwa H., Wada T., Mondy N., Frelon S., Bonzom J-M. Effects of environmental radiocontamination in Fukushima Prefecture on tree frog physiology and populations. Environmental Radioactivity Network Center (ERAN), Février 2024, Japon.
- Bonzom J-M., Armant O., Car C., Dasque L., Frelon S., Nanba K., Ishiniwa H., Wada T., Nagata H., Miura I., Gilles A., Mondy N., Lengagne T., Delignette-Muller ML., Camoin L., Audebert S., Baudelet E., Granjeaud S. Effects of environmental radiocontamination in Fukushima Prefecture on tree frog physiology and populations. Environmental Radioactivity Network Center (ERAN), Mai 2023, Japon.
- Bonzom J-M., Armant O., Car C., Dasque L., Frelon S., Laloi P., Nanba K., Ishiniwa H., Miura I., Gilles A., Mondy N., Delignette-Muller ML., Camoin L., Audebert S., Baudelet E., Granjeaud S. The effects of radioactive contamination on wildlife, the case of the tree frog: from the individual to the evolutionary responses. Environmental Radioactivity Network Center (ERAN), Mai 2022, Japon.
Partenaires
- CEA LI2D
- CentralSupeElec
- Chornobyl Center for Nuclear Safety, Radioactive Waste and Radioecology
- CNRS LEHNA
- CNRS LBBE – VetAgro Sup
- CNRS Mitate Lab
- Fukushima University («Institute of Environmental Radioactivity (IER)»)
- INRAE RECOVER Aix Marseille Université
- INRAE Rennes – Fish physiology and genetics
- MAP Protéomique CRCM Marseille
- Univ Grenoble LECA
Laboratoires ASNR impliqués
- Laboratoire d’ECOlogie et d’écotoxicologie des radionucléides (LECO)
- Laboratoire de radiobiologie des expositions accidentelles (LRAcc) pour pour l’intégration multimodale des données.
Laboratoire d’ECOlogie et d’écotoxicologie des radionucléides (LECO)
Le Laboratoire d’Écologie et d’Écotoxicologie des Radionucléides (LECO), situé à Cadarache, étudie les effets des radionucléides, d'origine naturelle ou anthropique, sur les organismes vivants et les écosystèmes.
Laboratoire de radiobiologie des expositions accidentelles (LRAcc)
Le laboratoire est situé à Fontenay-aux-Roses et mène des recherches en radiobiologie, en dosimétrie biologique, en radiopathologie et en médecine régénérative.
Plateformes et installations ASNR impliquées
En laboratoire : analyses dosimétrique et biologique sur la plateforme MICADO.
Sur le terrain dans la zone d’exclusion de Tchernobyl (Ukraine, -2019) et dans la préfecture de Fukushima (Japon, 2013,2022,2024)