Mechanical properties of mussel byssus threads

The byssus threads of the common mussel, Mytilus edulis L., have been tested mechanically and the results from the tests related to the ecology of the animal. The threads are mechanically similar to other crystalline polymers such as polyethylene having a modulus of about 108N m−2 and a long relaxation time. Resilience of 60% is similar to tendon; ultimate strain is about five times that of tendon at 0.44. The thread is laid down with a prestrain of 10% and so guys the mussel in position. Calculation shows that a mussel with 50 byssus threads would be able to resist all but severe winter storms.

The effect of pesticides on Byssus formation in the common mussel, Mytilus edulis

Seed mussels (Mytilus edulis) were exposed to a range of pesticides and PCBs, several of which caused a reduction in byssal attachment at higher concentrations. In queen scallops (Chlamys opercularis) byssus formation was similarly affected although this species was more sensitive than M. edulis. The sensitivity of mussels was greater at higher temperatures and decreased with increase in size. Of the compounds tested Endosulfan (organochlorine) was the most toxic, causing a 50% reduction in byssal attachment after 24 h at 0•45 mg/l. Trichlorphon (organophosphate) was the least toxic and did not affect byssal attachment at concentrations up to 30 mg/l. The probable cause of decreased byssal attachment is a reduction in pedal activity, although it is possible that direct interference with the synthesis or combination of byssus components may be involved. It is suggested that byssogenesis tests offer a rapid and convenient technique for the routine screening of potential marine pollutants.

X-ray diffraction studies of muscle : observations on the anterior byssus retractor muscle of Mytilus edulis and the insect flight muscle from Sarcophaga bullata

The interfilament spacing of the anterior byssus retractor muscle from Mytilus edulis was studied as the muscle was extended. It was found that variations in this spacing were very small and consistent with the hypothesis that the interfilament spacing was independent of the extension of the muscle. It was observed that the interfilament spacing was dependent on the osmolarity of the bathing medium. In concentrated solutions of the artificial seawater, the interfilament spacing decreased; while in dilute solutions of artificial seawater, it was observed that the interfilament spacing was increasing. X-ray diffraction patterns were obtained from fresh, and glutaraldehyde fixed, specimens of insect flight muscle from Sarcophaga bullata. There patterns were in general agreement with previous X-ray diffraction studies of insect flight muscle. A reflexion G at 93A was observed and interpreted as arising from diffraction in the mitochondria. Specimens of dried insect flight muscle produced a diffraction pattern consisting of arc and ring reflexions. This was interpreted as suggesting an ordered arrangement of cristae, in the mitochondria from these muscles.

Energetics of byssus attachment and feeding in the green-lipped mussel Perna canaliculus.

In most animals, significant increases in metabolic rate are due to activity and to feeding (known as apparent specific dynamic action). We determined the energetic costs of activity and feeding in adult green-lipped mussels (Perna canaliculus). Maximal metabolic rate was determined, using closed-chamber respirometry, during byssus re-attachment, during specific dynamic action after 16 h of feeding with Isochrysis galbana, and for the two activities combined, in 23 mussels. Metabolic rate was significantly elevated above rest by about 1.9-fold during byssus attachment (17.1 ± 1.53 μg O(2) h(-1) g(-1) whole mussel wet weight at rest, increased to 27.9 ± 0.91 μg O(2) h(-1) g(-1)), and by 2.2-fold after feeding (31.4 ± 1.20 μg O(2) h(-1) g(-1)). Combined feeding and byssus attachment led to a still higher metabolic rate (34.0 ± 1.23 μg O(2) h(-1) g(-1)). Behavior was also significantly altered, with mussels being almost continuously open during attachment and after feeding (90%-99% of the time); however, the time spent open during the day decreased, reaching a minimum of 52% ± 9% 3 days after feeding, and remained low (67%-82%) for the following 45-day starvation period. Significant diurnal differences were observed, with mussels continuously (92%-100%) open at night. The key findings from this study are that green-lipped mussels (1) have an aerobic scope of approximately 2-fold; (2) reach a higher metabolic rate during feeding than during activity, and the two combined can raise the metabolic rate higher still; (3) display a marked diurnal behavior.

Conflicting effects of predator cue and ocean acidification on the mussel Mytilus coruscus byssus production

Understanding the impact of ocean acidification and warming on communities and ecosystems is a researcher priority. This can only be achieved through a combination of experimental and field approaches that would allow developing a mechanistic understanding of impacts across level of biological organizations. Surprisingly, most published studies are still focusing on single species responses with little consideration for interspecific interactions. In this study, the impacts of a 3 days exposure to three parameters (temperature, pH, and presence/absence of the predator cue of the crab Charybdis japonica) and their interactions on an ecologically important endpoint were evaluated: the byssus production of the mussel Mytilus coruscus. Tested temperatures (25°C and 30°C) were within the present range of natural variability whereas pH (8.1, 7.7, and 7.4) covered present as well as near-future natural variability. As expected, the presence of the crab cue induced an antipredator response in Mytilus coruscus (significant 10% increase in byssus secretion rate, 22% increase in frequency of shed byssus, and 30% longer byssus). Decreased pH but not temperature had a significant negative impact on the same endpoints (up to a 17% decrease in byssus secretion rate, 40% decrease in frequency of shed byssus, and 10% shorter byssus at pH 7.3 as compared with pH 8.1) with no significant interactions between the three tested parameters. In this study, it has been hypothesized that pH and predator cue have different modes of action and lead to conflicting functional responses (escape response versus stronger attachment). Functional consequences for ecosystem dynamics still need to be investigated.

Mémoire sur les genres Conferva et Byssus, du chevalier O.Linné...

Mode of access: Internet.

Physiological response measures (respiration, clearance, byssus production, survival) of Perna viridis during a 91 day exposure experiment to microplastics in Bogor, Indonesia, 2014

Perna viridis from the Bay of Jakarta was exposed to different concentrations (0, 21.6, 216 and 2160 mg/l) of PVC microplastic particles for 91 days in a controlled laboratory experiment. Particles were negatively buoyant, but were regularly resuspended from the sediment, mimicking tidal events. The particles were contaminated with the organic pollutant fluoranthene, except for one control group, which was exposed to the highest plastic concentration (2160 mg/l) but with clean particles. Within the 91 days survival was monitored. After 40 - 44 days of the exposure, physiological responses of all mussel individuals were measured. Respiration rates were measured as the decrease of oxygen in a sealed container in 20 minutes. Clearance rates were determined by measuring the depletion of algal cells in the water in 30 minutes. Byssus production was assessed by counting the number of newly formed byssus discs within 24 hours.

Développement de matériaux à base de protéines extraites du byssus de la moule bleue Mytilus edulis

Le byssus est un amas de fibres que les moules produisent afin de s’ancrer aux surfaces immergées sous l’eau. Ces fibres sont pourvues de propriétés mécaniques impressionnantes combinant rigidité, élasticité et ténacité élevées. De plus, elles possèdent un comportement d’auto-guérison de leurs propriétés mécaniques en fonction du temps lorsque la contrainte initialement appliquée est retirée. Les propriétés mécaniques de ces fibres sont le résultat de l’agencement hiérarchique de protéines de type copolymère blocs riches en collagène et de la présence de métaux formant des liens sacrificiels réversibles avec certains acides aminés comme les DOPA et les histidines. Bien que cette fibre soit très intéressante pour la production de matériaux grâce à son contenu élevé en collagène potentiellement biocompatible, cette ressource naturelle est traitée comme un déchet par les mytiliculteurs. L’objectif de cette thèse était de valoriser cette fibre en extrayant les protéines pour générer une nouvelle classe de matériaux biomimétiques. Un hydrolysat de protéines de byssus (BPH) riche en acides aminés chargés, i.e. ~30 % mol, et permettant de former des films a pu être généré. Lorsque solubilisé à pH 10.5, le BPH forme un hydrogel contenant des structures en triple hélice de collagène et des feuillets β anti-parallèles intra- et inter-moléculaires. Suite à l’évaporation de l’eau, le film de BPH résultant est insoluble en milieu aqueux à cause des structures secondaires très stables agissant comme points de réticulation effectifs. Les propriétés mécaniques des films de BPH sont modulables en fonction du pH. Au point isoélectrique (pI = 4.5), les interactions électrostatiques entre les charges opposées agissent comme points de réticulation et augmentent la rigidité des films et leur contrainte à la rupture sans affecter la déformation à la rupture. À pH plus élevé ou plus bas que le pI, les performances mécaniques des films sont plus faibles à cause de la répulsion entre les groupements fonctionnels de même charge qui interagissent plutôt avec les molécules d’eau et causent le gonflement de la matrice protéique des films. Le BPH contenant un nombre élevé d’acides aminés chargés et réactifs, nous avons pu réticuler les films de manière covalente à l’aide d’EDC ou de glutaraldéhyde. Les propriétés mécaniques des films sont modulables en fonction de la concentration d’EDC utilisée lors de la réticulation ou en employant du glutaraldéhyde comme agent réticulant. Les films sont à la fois plus rigides et plus forts avec un degré de réticulation élevé, mais perdent leur extensibilité à mesure que les segments libres de s’étirer lors d’une traction deviennent entravés par les points de réticulation. La réticulation augmente également la résistance à la dégradation enzymatique par la collagénase, les films les plus fortement réticulés lui étant pratiquement insensibles. La spectroscopie infrarouge montre enfin que la réticulation entraîne une transition de feuillets β anti-parallèles inter-moléculaires vers des structures de type hélices de collagène/PPII hydratées. Des liens sacrificiels ont été formés dans les films de BPH par traitement au pI et/ou avec différents métaux, i.e. Na+, Ca2+, Fe3+, afin de moduler les propriétés mécaniques statiques et d’évaluer le rôle de ces traitements sur le comportement d’auto-guérison lors de tests mécaniques cycliques avec différents temps de repos. Plus la valence des ions métalliques ajoutés augmente, plus les propriétés mécaniques statiques affichent un module, une contrainte à la rupture et une ténacité élevés sans toutefois affecter la déformation à la rupture, confirmant la formation de liens sacrificiels. Les tests mécaniques cycliques montrent que les traitements au pI ou avec Ca2+ créent des liens sacrificiels ioniques réversibles qui mènent à un processus d’auto-guérison des performances mécaniques dépendant du pH. L’ajout de Fe3+ à différentes concentrations module les performances mécaniques sur un plus large intervalle et la nature plus covalente de son interaction avec les acides aminés permet d’atteindre des valeurs nettement plus élevées que les autres traitements étudiés. Le Fe3+ permet aussi la formation de liens sacrificiels réversibles menant à l’auto-guérison des propriétés mécaniques. Les spectroscopies Raman et infrarouge confirment que le fer crée des liaisons avec plusieurs acides aminés, dont les histidines et les DOPA. Les résultats dans leur ensemble démontrent que les films de BPH sont des hydrogels biomimétiques du byssus qui peuvent être traités ou réticulés de différentes façons afin de moduler leurs performances mécaniques. Ils pourraient ainsi servir de matrices pour des applications potentielles dans le domaine pharmaceutique ou en ingénierie tissulaire.

Développement de matériaux à base de protéines extraites du byssus de la moule bleue Mytilus edulis

Le byssus est un amas de fibres que les moules produisent afin de s’ancrer aux surfaces immergées sous l’eau. Ces fibres sont pourvues de propriétés mécaniques impressionnantes combinant rigidité, élasticité et ténacité élevées. De plus, elles possèdent un comportement d’auto-guérison de leurs propriétés mécaniques en fonction du temps lorsque la contrainte initialement appliquée est retirée. Les propriétés mécaniques de ces fibres sont le résultat de l’agencement hiérarchique de protéines de type copolymère blocs riches en collagène et de la présence de métaux formant des liens sacrificiels réversibles avec certains acides aminés comme les DOPA et les histidines. Bien que cette fibre soit très intéressante pour la production de matériaux grâce à son contenu élevé en collagène potentiellement biocompatible, cette ressource naturelle est traitée comme un déchet par les mytiliculteurs. L’objectif de cette thèse était de valoriser cette fibre en extrayant les protéines pour générer une nouvelle classe de matériaux biomimétiques. Un hydrolysat de protéines de byssus (BPH) riche en acides aminés chargés, i.e. ~30 % mol, et permettant de former des films a pu être généré. Lorsque solubilisé à pH 10.5, le BPH forme un hydrogel contenant des structures en triple hélice de collagène et des feuillets β anti-parallèles intra- et inter-moléculaires. Suite à l’évaporation de l’eau, le film de BPH résultant est insoluble en milieu aqueux à cause des structures secondaires très stables agissant comme points de réticulation effectifs. Les propriétés mécaniques des films de BPH sont modulables en fonction du pH. Au point isoélectrique (pI = 4.5), les interactions électrostatiques entre les charges opposées agissent comme points de réticulation et augmentent la rigidité des films et leur contrainte à la rupture sans affecter la déformation à la rupture. À pH plus élevé ou plus bas que le pI, les performances mécaniques des films sont plus faibles à cause de la répulsion entre les groupements fonctionnels de même charge qui interagissent plutôt avec les molécules d’eau et causent le gonflement de la matrice protéique des films. Le BPH contenant un nombre élevé d’acides aminés chargés et réactifs, nous avons pu réticuler les films de manière covalente à l’aide d’EDC ou de glutaraldéhyde. Les propriétés mécaniques des films sont modulables en fonction de la concentration d’EDC utilisée lors de la réticulation ou en employant du glutaraldéhyde comme agent réticulant. Les films sont à la fois plus rigides et plus forts avec un degré de réticulation élevé, mais perdent leur extensibilité à mesure que les segments libres de s’étirer lors d’une traction deviennent entravés par les points de réticulation. La réticulation augmente également la résistance à la dégradation enzymatique par la collagénase, les films les plus fortement réticulés lui étant pratiquement insensibles. La spectroscopie infrarouge montre enfin que la réticulation entraîne une transition de feuillets β anti-parallèles inter-moléculaires vers des structures de type hélices de collagène/PPII hydratées. Des liens sacrificiels ont été formés dans les films de BPH par traitement au pI et/ou avec différents métaux, i.e. Na+, Ca2+, Fe3+, afin de moduler les propriétés mécaniques statiques et d’évaluer le rôle de ces traitements sur le comportement d’auto-guérison lors de tests mécaniques cycliques avec différents temps de repos. Plus la valence des ions métalliques ajoutés augmente, plus les propriétés mécaniques statiques affichent un module, une contrainte à la rupture et une ténacité élevés sans toutefois affecter la déformation à la rupture, confirmant la formation de liens sacrificiels. Les tests mécaniques cycliques montrent que les traitements au pI ou avec Ca2+ créent des liens sacrificiels ioniques réversibles qui mènent à un processus d’auto-guérison des performances mécaniques dépendant du pH. L’ajout de Fe3+ à différentes concentrations module les performances mécaniques sur un plus large intervalle et la nature plus covalente de son interaction avec les acides aminés permet d’atteindre des valeurs nettement plus élevées que les autres traitements étudiés. Le Fe3+ permet aussi la formation de liens sacrificiels réversibles menant à l’auto-guérison des propriétés mécaniques. Les spectroscopies Raman et infrarouge confirment que le fer crée des liaisons avec plusieurs acides aminés, dont les histidines et les DOPA. Les résultats dans leur ensemble démontrent que les films de BPH sont des hydrogels biomimétiques du byssus qui peuvent être traités ou réticulés de différentes façons afin de moduler leurs performances mécaniques. Ils pourraient ainsi servir de matrices pour des applications potentielles dans le domaine pharmaceutique ou en ingénierie tissulaire.

Population structure, mortality and growth of Pinna nobilis Linnaeus, 1758 (Mollusca, Bivalvia) at different depths in Moraira bay (Alicante, Western Mediterranean)

An investigation to characterize the causes of Pinna nobilis population structure in Moraira bay (Western Mediterranean) was developed. Individuals of two areas of the same Posidonia meadow, located at different depths (A1, -13 and A2, -6 m), were inventoried, tagged, their positions accurately recorded and monitored from July 1997 to July 2002. On each area, different aspects of population demography were studied (i.e. spatial distribution, size structure, displacement evidences, mortality, growth and shell orientation). A comparison between both groups of individuals was carried out, finding important differences between them. In A1, the individuals were more aggregated and mean and maximum size were higher (A1, 10.3 and A2, 6 individuals/100 m(2); A1, x = 47.2 +/- 9.9; A2, x = 29.8 +/- 7.4 cm, P < 0.001, respectively). In A2, growth rate and mortality were higher, the latter concentrated on the largest individuals, in contrast to A1, where the smallest individuals had the higher mortality rate [A1, L = 56.03(1 - e(-0.17t)); A2, L = 37.59(1 - e(-0.40t)), P < 0.001; mean annual mortality A1: 32 dead individuals out of 135, 23.7% and A2: 16 dead individuals out of 36, 44.4%, and total mortality coefficients (z), z(A1(-30)) = 0.28, z(A1(31-45)) = 0.05, z(A1(46-)) = 0.08; z(A2(-30)) = 0.15, z(A2(31-45)) = 0.25]. A common shell orientation N-S, coincident with the maximum shore exposure, was observed in A2. Spatial distribution in both areas showed not enough evidence to discard a random distribution of the individuals, despite the greater aggregation on the deeper area (A1) (A1, chi(2) = 0.41, df = 3, P > 0.5, A2, chi(2)= 0.98, df = 2 and 0.3 < P < 0.5). The obtained results have demonstrated that the depth-related size segregation usually shown by P. nobilis is mainly caused by differences in mortality and growth among individuals located at different depths, rather than by the active displacement of individuals previously reported in the literature. Furthermore, dwarf individuals are observed in shallower levels and as a consequence, the relationship between size and age are not comparable even among groups of individuals inhabiting the same meadow at different depths. The final causes of the differences on mortality and growth are also discussed.

Mercury toxicity in two intertidal tropical marine molluscs

Lethal and sub-lethal effects of mercury have been studied in Perna viridis and Modiolus carvalhoi. For P. viridis LC30 is 1.0 p.p.m. at 48 h and 0.23 p.p.m. at 96 h. Recorded LC50 values for M. carvalhoi are 0.5 p.p.m. and 0.19 p.p.m. at 48 h and 96 h respectively. The results document that these two species, although inhabiting the same area in the tidal belt, exhibit clear differences in mercury resistance. It is further shown that the duration of exposure affects mortality rates. In sub-lethal concentration, between 0.01 and 0.10 p.p.m. decrease in pedal-gland activity is conspicuous in P. viridis. At concentrations much below LC50 values (at 96 h), although some animals are alive, pedal-gland activity is totally suspended, supporting the assumption that shell closure ability plays a minor role in byssus thread production. In M. carvalhoi total cessation of pedal gland activity occurred at 0.09 p.p.m. of mercury.

FLEXIBLE OMNIVORY IN DIKEROGAMMARUS VILLOSUS (SOWINSKY, 1894) (AMPHIPODA) - AMPHIPOD PILOT SPECIES PROJECT (AMPIS) REPORT 5

Feeding in Dikerogammarus villosus (Sowinsky, 1894) males was observed in the field and recorded on video in the laboratory. The following feeding modes were recognized: detritus feeding, grazing, particle feeding, coprophagy, predation on benthic and free swimming invertebrates, predation on fish eggs and larvae, as well as feeding on byssus threads of the zebra mussel, Dreissena polymorpha (Pallas, 1771). The feeding methods are described and illustrated with screenshots of video recordings. The very flexible feeding modes of D. villosus, which make diet switches possible, form a trait that must be an important factor in the invasion success of this Ponto-Caspian gammaridean species, and may thus explain for a great deal its high ecosystem impact.

The biology and functional anatomy of Modiolarca tumida (Musculus marmoratus) Bivalvia: Mytilidae

Modiolarca tumida (Hanley, 1843) is a member of the sub-family Crenellinae (Mytilidae). The preferred habitat of the species is the test of certain ascidians. The shell is dorsally flattened, which prevents it from cutting into the test during dorso-ventral contraction of the byssal retractors. The use of the byssus enables it to surround itself completely with host tissue. Adoption of the feeding posture involves the anterior-posterior contraction of the byssal retractors, which elevates the posterior margin above the host's surface using the anterior margin as the fulcrum against the host. Modiolarca tumida are attracted by the tunicin of the host, a process probably facilitated by the host's feeding currents. The smallest individuals are found round the oral aperture. Colonization of other parts of the host may result from surface migration as M. tumida can be highly mobile, crawling by means of the very extensible foot. It is during this process that individuals may be swept away in local currents and be forced to adopt a free-living existence.