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Spéciation du mercure dans les tissus d'oiseaux marins

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Le mercure, sous sa forme méthylée MeHg, est l'un des contaminants inorganiques les plus neurotoxiques pour l’ensemble des organismes vivants en raison de sa bioaccumulation dans la chaîne alimentaire. Nous nous sommes cette fois intéressés au devenir du mercure ingéré par les grands prédateurs marins que sont les Pétrels Géants d'Antarctique, et mis en évidence par microscopie électronique en transmission (MET) la formation de nanocristaux de HgSe mis en jeu dans le mécanisme de détoxification de leur alimentation.

Mots-clés : Polluant, mercure, microscopie électronique en transmission (MET), spectroscopie EDX, cristallographie

 

 

Spéciation du mercure dans les tissus d'oiseaux marins

  En bout de chaîne alimentaire, les grands oiseaux subantarctiques sont particulièrement exposés au MeHg. La concentration totale en mercure dans leurs tissus peuvent atteindre plusieurs centaines de ppm dans le foie et plusieurs dizaines de ppm dans les muscles et les reins. Du fait d’une très forte affinité du mercure pour le sélénium, la résistance à de telles teneurs en Hg est attribuée à la possible détoxification par biominéralisation de HgSe, comme chez les mammifères marins.
Cette hypothèse a été testée sur le pétrel géant des mers du sud Macronectes giganteus l’aide de la spectroscopie d’absorption des rayons X haute-résolution (HR-XANES et EXAFS) au seuil L3 du mercure, et la microscopie électronique en transmission (MET). Des précipités de HgSe ont été identifiés dans le foie (contenant 1499 ppm de Hg), les reins (414 ppm), et les muscles pectoraux (89 ppm).

  L’installation en 2018-19 d’un nouveau MET haute-performance, le Themis-Z G3, a permis pour la première fois d’imager en mode STEM-HAADF à 80kV la formation de ces précipités. De larges agrégats de nanoparticules de HgSe de 3-5 nm ont été observés dans les tissus de muscles et reins (Fig 2-3), jusqu’à 40 nm dans le foie (Fig. 1). La composition de ces précipités a été confirmée par cartographie élémentaire (STEM-EDX). La diffraction électronique et l’imagerie HRTEM à 300kV (Fig. 1b et 3b) ou HRSTEM à -170°C (Fig. 3d) a démontré la nature cristalline cubique (Fd-3m) des précipités.

  Le couplage des spectroscopies XAFS et de caractérisation MET ont permis de proposer un mécanisme de détoxification du MeHg conduisant à la résistance beaucoup plus élevée de ces oiseaux marins par rapport aux oiseaux terrestres.

 HgSe foie
Figure 1 :  (a) image en mode STEM-HAADF  de deux larges grains de HgSe dans les tissus d'un foie de petrel ; (b) image HRTEM des deux nanoparticules dans la région entourée en (a) ; (c) Transformée de Fourier de l'image HRTEM du gros grain en (b), correspondant à l'axe de zone [112] du groupe d'espace cubique Fd-3m avec a = 6.08 Å ;  (d) cartographies EDX de Hg (rouge) et Se (vert)

 

 

HgSe Rein
Figure 2 : (a) Image STEM-HAADF à faible grandissement d'un petit (flèche) et d'un plus large agrégat de nanoparticules de HgSe dans les tissus de muscles de pétrel ; (b) zoom sur l'agrégat entouré en (a) ; (c) cartographies EDX correspondantes ide Hg (rouge) et de Se (vert) ; (d) profil EDX correspondant à la zone entourée en (bà de la fraction atomique (%) de Hg (rouge), et Se (vert) avec le contraste HAADF (noir)

 

 

HgSe HRTEM 
Figure 3 : (a) image TEM d'un agrégat micrométrique de nanoparticules de HgSe dans des tissus déhydraté de rein de pétrel ; (b) image HRTEM de nanocristaux isolés de 3-8 nm et la transformée de Fourier de la région encadrée, montrant un cliché hexagonal compatible avec l'orientation classique {111} orientation d'une structure cubique de HgSe ; (c) image HRSTEM otenues à partir de 25 images corrigée de la dérive de deux nanocristaux de HgSe dans des tissus de muscles de pétrel (de la région à faible grandissement dans l'encart), et la transformée de Fourier du grain inférieur. Cette image STEM a été enregistrée à −170°C et un courant d'électron de 60 pA seulement pour minimiser les dégats d'irradiation

Références

Article INEE-CNRS : Les oiseaux marins detoxifient le mercure ingéré dans leur alimentation

Vidéo de l'ESRF : The birds that detoxify mercury

In Vivo Formation of HgSe Nanoparticles and Hg–Tetraselenolate Complex from Methylmercury in Seabirds—Implications for the Hg–Se Antagonism, Manceau et al, 2021, Environmental Sciences & Technology, 55(3), 1515–1526

 

Collaborations

A. Manceau, ISTERRE Univ. Grenoble

P. Bustamante, LiENSs Univ. La Rochelle

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