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Dans la vallée de la Mort, un poisson survit en retenant sa respiration

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Baignant autrefois dans les eaux du sud-ouest des États-Unis, un poisson, Cyprinodon macularius, présent dans le sous-sol de la vallée de la Mort, s'est adapté de façon surprenante après la modification radicale de son environnement aquatique. L'adaptation de son métabolisme aux nouvelles conditions est un exemple étonnant de plasticité physiologique.

Généralement plus grands que les femelles, les poissons mâles Cyprinodon macularius sont d'un bleu vif tandis que les femelles et les juvéniles sont argentés ou beiges. © Andrew Brocher, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Pour survivre dans la vallée de la Mort, en Californie, un petit poisson n'a, semble-t-il, pas d'autre alternative que d'arrêter d'alimenter son organisme en oxygène, parfois cinq heures durant. Pour les chercheurs qui publient dans The American Physiological Society un communiqué sur leurs travaux, il doit être préjudiciable pour Cyprinodon macularius, dit « poisson mordeur du désert » (« desert pupfish » en anglais), d'utiliser le gaz dans son milieu, à savoir des sources d'eau chaude pouvant atteindre 35 °C.

Auparavant, il y a 10.000 ans environ, C. macularius, était plutôt habitué à vivre au frais, dans une vallée de la Mort largement recouverte par un lac de plus de 100 mètres de profondeur. Mais depuis que, à l'échelle des temps géologiques, les eaux se sont rapidement retirées, le poisson, pris au piège, « ne s'est pas bien adapté à ces sources d'eau chaude car il n'a pas eu beaucoup de temps pour évoluer », explique Frank van Breukelen, chercheur à l'université du Nevada, aux États-Unis, et co-responsable d'une étude sur le poisson.

Quel mécanisme d'adaptation a vu le jour chez ce poisson d'environ 5 centimètres pour limiter sa consommation d'oxygène ? Selon les scientifiques, C. macularius alterne de façon aléatoire des périodes de respiration avec oxygène (aérobie) et sans oxygène (anaérobie).

Il y a environ 15.000 ans, la région de la vallée de la Mort, sur le continent nord-américain, était recouverte par le lac Manly, tel que l'ont dénommé les géologues, sur environ 7 km de large et 70 km de long. L'étendue d'eau disparaît par la suite par évaporation due au réchauffement planétaire et il persiste depuis, dans le sous-sol de la vallée, un grand aquifère. © Inaglory, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0

L'anaérobie : une réponse adaptative au changement du milieu

Plus précisément, les choses se joueraient au niveau des mitochondries, ces organites contenus dans les cellules et « qui sont le site principal de l'utilisation de l'oxygène », indique Frank van Breukelen. « Nos données suggèrent que les poissons ferment leurs mitochondries afin d'éviter, en raison des températures élevées, la production de dérivés réactifs de l'oxygène », en l'occurrence des radicaux libres. En temps normal, les dérivés réactifs de l'oxygène (sous-produits du métabolisme de l'oxygène) jouent un rôle important dans la communication entre les cellules. Sous l'effet de la chaleur, ils peuvent augmenter en concentration et endommager les structures cellulaires, un phénomène appelé stress oxydant.

Par rapport au mécanisme adaptatif mis en exergue en anaérobie, Frank van Breukelen rapporte : « Nous pensons que les poissons produisent de l'éthanol, ce qui favorise la fermeture des canaux mitochondriaux [...] et limite encore l'utilisation d'oxygène ».

La modification métabolique dont est capable le « poisson mordeur du désert » est un exemple de plasticité physiologique, de tels ajustements permettant aux organismes de mieux fonctionner face à de drastiques changements environnementaux. Pour autant, en ce qui concerne C. macularius, les chercheurs sont surpris de constater que, durant les phases anaérobiques, le métabolisme du poisson est quinze fois plus coûteux en énergie. Les circonstances cellulaires doivent exiger d'y recourir, concluent-ils.

Autrefois considérée comme un poisson commun, l'espèce C. macularius est de nos jours, et malgré cette étonnante capacité adaptative, jugée vulnérable par l'UICN (Union internationale pour la conservation de la nature), après qu'elle ait disparu en grande partie de son aire de répartition naturelle historique.

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