Les poissons des glaces de l’Antarctique ont développé des superpuissances extraterrestres pour survivre

Dans le monde reculé et glacial de l’Antarctique, un groupe unique de formes de vie persiste malgré des conditions difficiles, avec des températures terrestres moyennes autour de -60°C et des températures océaniques proches du point de congélation de l’eau salée (-1,9°C).

Les poissons des glaces de l’Antarctique (Cryonotothenioidea), qui ont développé des adaptations extraordinaires pour prospérer dans les eaux glacées entourant le continent, en sont un exemple. Parmi ces adaptations figurent des glycoprotéines spéciales « antigel », qui empêchent la formation de glace dans leurs cellules, l’absence d’hémoglobine chez certaines espèces et la perte de la réponse inductible au choc thermique, qui est presque universelle dans d’autres organismes.

Une étude récente publiée dans la revue Biologie moléculaire et évolution a découvert les mécanismes génétiques responsables de l’adaptation des systèmes visuels des poissons des glaces de l’Antarctique au froid extrême et aux conditions d’éclairage uniques que l’on trouve sous la glace de mer de l’Antarctique.

L’étude, dirigée par Gianni Castiglione (maintenant à l’Université Vanderbilt) et Belinda Chang (Université de Toronto), s’est concentrée sur l’impact des températures inférieures à zéro sur la fonction et l’évolution du système visuel des poissons des glaces, en particulier la rhodopsine, une protéine sensible à la température. qui joue un rôle dans la vision dans des conditions de faible luminosité.

Les recherches antérieures de Castiglione et Chang avaient déjà suggéré un rôle clé de la rhodopsine dans l’adaptation au froid. « Nous avions déjà découvert une adaptation au froid chez les rhodopsines de poissons-chats de haute altitude des Andes, ce qui nous a incité à étudier l’adaptation au froid chez les rhodopsines des poissons des glaces de l’Antarctique », a déclaré Castiglione.

Ce que les chercheurs ont découvert

Dans leur étude, les chercheurs ont trouvé des preuves d’une sélection positive et d’un taux d’évolution accéléré des rhodopsines parmi les poissons des glaces de l’Antarctique.

Ils ont également identifié deux variantes d’acides aminés, absentes chez les autres vertébrés, qui semblent avoir évolué au cours de deux périodes clés de l’histoire du poisson des glaces : le développement de glycoprotéines antigel et l’apparition de conditions polaires glaciales.

Ce timing suggère une forte association entre ces variantes et l’adaptation et la spéciation du poisson des glaces en réponse aux événements climatiques.

Pour vérifier les effets fonctionnels de ces variantes d’acides aminés, l’équipe a effectué des tests in vitro, créant des versions de rhodopsine contenant chaque variante. Les deux changements d’acides aminés ont eu un impact sur le profil cinétique de la rhodopsine, réduisant l’énergie d’activation nécessaire pour que la protéine revienne à une conformation « sombre », et compensant probablement les diminutions du taux cinétique de la rhodopsine induites par le froid.

De plus, un changement d’acide aminé a entraîné une modification de l’absorbance de la lumière de la rhodopsine vers des longueurs d’onde plus longues. Cette modification simultanée de la cinétique et de l’absorbance était inattendue, selon Castiglione, qui a noté : « Nous prévoyons que cela permettra au poisson des glaces d’adapter sa vision aux longueurs d’onde décalées vers le rouge sous la glace marine et aux températures froides grâce à très peu de mutations. »

Il est intéressant de noter que les modifications des acides aminés observées chez les poissons des glaces de l’Antarctique différaient de celles responsables de l’adaptation au froid chez les poissons-chats de haute altitude, suggérant de multiples voies d’adaptation chez la rhodopsine. Pour approfondir cette piste de recherche, les chercheurs visent à étudier l’adaptation au froid des rhodopsines d’autres lignées de poissons vivant au froid, y compris les poissons de l’Arctique.

« Les poissons de l’Arctique partagent de nombreux phénotypes adaptés au froid trouvés chez les poissons des glaces de l’Antarctique, tels que les protéines antigel. Cependant, cette évolution convergente semble avoir été accomplie grâce à des mécanismes moléculaires divergents. Nous pensons que cela pourrait également être le cas pour la rhodopsine », a déclaré Castiglione.

Malheureusement, l’acquisition des données nécessaires peut s’avérer difficile. « Un obstacle majeur à nos recherches est la difficulté de collecter des poissons dans les eaux de l’Antarctique et de l’Arctique », explique Castiglione, « qui nous limite à des ensembles de données accessibles au public ».

Cette tâche pourrait devenir encore plus difficile à l’avenir, car ces poissons adaptés au froid sont de plus en plus affectés par le réchauffement climatique.

Selon Castiglione, « le changement climatique pourrait modifier le paysage adaptatif des poissons des glaces dans un avenir très proche, à mesure que la glace de mer continue de fondre, obligeant les poissons des glaces à se retrouver très probablement dans une « inadéquation » évolutive entre leur environnement et leur génétique.

Autres formes de vie trouvées en Antarctique

En plus des poissons des glaces de l’Antarctique, l’Antarctique abrite une variété d’autres créatures uniques qui se sont adaptées à ses conditions extrêmes. Certaines de ces espèces comprennent :

1. Manchots : Plusieurs espèces de manchots, tels que les manchots empereurs, Adélie, à jugulaire et papous, ont élu domicile en Antarctique. Ces oiseaux incapables de voler se sont adaptés au climat rigoureux et sont d’excellents nageurs, se nourrissant de krill, de poissons et de calmars.
2. Phoques : L’Antarctique abrite un large éventail de phoques, notamment les phoques de Weddell, les phoques léopards, les phoques crabiers, les phoques de Ross et les éléphants de mer du Sud. Ces mammifères marins sont bien adaptés à l’environnement froid et glacé et se nourrissent principalement de poissons, de calmars et de krill.
3. Krill : Le krill antarctique est un petit crustacé qui constitue un élément crucial de la chaîne alimentaire antarctique. Ils constituent la principale source de nourriture pour de nombreux animaux marins, notamment les baleines, les phoques et les manchots.
4. Baleines : Plusieurs espèces de baleines habitent les eaux autour de l’Antarctique, notamment la baleine bleue, la baleine à bosse, le petit rorqual et la baleine franche australe. Ces baleines migrent vers les eaux de l’Antarctique pendant les mois d’été pour se nourrir du krill abondant.
5. Albatros : Ces grands oiseaux marins peuvent être trouvés dans l’océan Austral et autour de l’Antarctique. Ils ont une envergure impressionnante, qui leur permet de planer sur de longues distances sans battre des ailes. Ils se nourrissent de poissons, de calmars et de krill.
6. Tardigrades : également connus sous le nom d’ours d’eau, ces invertébrés microscopiques peuvent résister à des conditions extrêmes, notamment aux températures glaciales de l’Antarctique. On les trouve dans les mousses et les lichens qui poussent sur les rochers.
7. Lichens et mousses : Bien que la vie végétale soit rare en Antarctique, certaines espèces rustiques de lichens et de mousses se sont adaptées aux conditions froides et sèches. Ils poussent sur les rochers et se trouvent principalement dans les régions libres de glace du continent.
8. Pétrels des neiges : ces petits oiseaux de mer blancs sont bien adaptés à l’environnement froid de l’Antarctique et peuvent souvent être vus voler près des icebergs et de la glace marine.
9. Labbes : ces oiseaux marins prédateurs sont originaires de l’Antarctique et se nourrissent de poissons, d’œufs de pingouins et de poussins.

Ce ne sont là que quelques exemples de la diversité de la vie présente en Antarctique, où de nombreuses espèces ont développé des adaptations uniques pour survivre aux conditions extrêmes.

L’impact du changement climatique sur l’Antarctique

Le changement climatique a des impacts importants sur l’Antarctique et ses écosystèmes environnants. Certains des effets les plus notables comprennent :

1. Hausse des températures : l’Antarctique a connu une tendance au réchauffement au cours des dernières décennies, la péninsule Antarctique étant l’une des régions au réchauffement le plus rapide de la planète. Cette augmentation de température peut entraîner la fonte des calottes glaciaires et des glaciers, impactant à la fois les écosystèmes terrestres et marins.
2. Fonte des calottes glaciaires et des glaciers : à mesure que les températures augmentent, les calottes glaciaires et les glaciers de l’Antarctique fondent à un rythme accéléré. Cela contribue à l’élévation du niveau de la mer à l’échelle mondiale et affecte la stabilité de la calotte glaciaire de l’Antarctique. La perte de glace réduit également l’habitat d’espèces comme les manchots et les phoques qui dépendent de la glace marine pour se reproduire, se reposer et chasser.
3. Déclin de la glace de mer : la glace de mer joue un rôle essentiel dans les écosystèmes de l’Antarctique en fournissant un habitat à diverses espèces et en soutenant le réseau trophique. La diminution de la glace marine due au réchauffement des températures peut perturber les habitudes de reproduction et d’alimentation d’espèces telles que les manchots, les phoques et le krill.
4. Acidification des océans : l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère entraîne une concentration plus élevée de CO2 absorbée par l’océan, ce qui entraîne une acidification des océans. Ce processus peut avoir des effets négatifs sur les organismes marins, tels que le krill et les espèces à coquille, qui sont essentielles à la chaîne alimentaire de l’Antarctique.
5. Modifications de la disponibilité alimentaire : le changement climatique peut affecter l’abondance et la répartition d’espèces clés comme le krill, qui sont vitales pour le réseau alimentaire de l’Antarctique. Les changements dans la disponibilité alimentaire peuvent avoir des effets en cascade sur les niveaux trophiques supérieurs, notamment les manchots, les phoques et les baleines.
6. Changements dans la répartition des espèces : à mesure que l’environnement de l’Antarctique change, certaines espèces pourraient étendre leur aire de répartition vers le sud, tandis que d’autres pourraient être confrontées à une réduction de leur habitat approprié. Cela peut entraîner des changements dans la répartition des espèces et une compétition potentielle entre les espèces indigènes et les espèces nouvellement arrivées.
7. Activité humaine accrue : le changement climatique pourrait rendre certaines parties de l’Antarctique plus accessibles, entraînant une augmentation des activités humaines telles que le tourisme, la pêche et la recherche. Ces activités peuvent exercer une pression supplémentaire sur les écosystèmes fragiles de l’Antarctique et introduire des espèces envahissantes.
8. Impact sur le niveau mondial de la mer : La fonte des glaces de l’Antarctique contribue de manière significative à l’élévation mondiale du niveau de la mer, ce qui peut avoir des conséquences de grande ampleur sur les communautés et les écosystèmes côtiers du monde entier.

Dans l’ensemble, le changement climatique constitue une menace importante pour les écosystèmes uniques de l’Antarctique et les espèces qui y habitent. Les impacts du changement climatique sur l’Antarctique peuvent également avoir des conséquences mondiales, comme contribuer à l’élévation du niveau de la mer et modifier les schémas de circulation océanique.