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12 / 10 / 2007

Les poissons des glaces de l’Antarctique

Par Isabelle GOMEZ , ZASADZINSKI Alain , INIST-CNRS

Les poissons du sous-ordre des Notothenioidei, aussi nommés icefishes (poissons des glaces), vivent dans les eaux glaciales de l’océan Austral grâce à des adaptations biochimiques qui leur permettent de ne pas geler dans une eau à -2°C. Leur faible tolérance aux températures plus chaudes en fait des espèces intéressantes pour évaluer les conséquences des modifications du climat de la planète sur l’écosystème marin antarctique.

Les poissons notothénioïdes de l’Antarctique, ou poissons des glaces, présentent de nombreuses adaptations biologiques aux eaux très froides. Ainsi, ils ont développé, au cours de l’évolution, des caractéristiques uniques en leur genre, telles que la sécrétion de molécules antigel, une hémoglobine (protéine du sang qui transporte l’oxygène) différente, et l’absence de protéines de choc thermique [1] présentes chez presque tous les autres poissons.
Parmi les 123 espèces de notothénioïdes connues, il en existe une trentaine qui vivent dans des eaux moins froides, le long des côtes de l’Amérique du Sud, de l’Australie et de la Nouvelle Zélande, et qui ne possèdent pas ces adaptations. En comparant ces deux types d’espèces, les scientifiques ont pu retracer l’histoire évolutive des poissons des glaces, en relation avec les phénomènes tectoniques et climatiques de l’histoire de la planète dans l’océan Austral.

Poisson notothenioide "Trematomus hansoni". Tous les poissons antarctiques sont adaptés aux températures négatives grâce à des glycoprotéines antigel présentes dans leur sang
© CNRS Photothèque / ICOTA
IFR101 - ECOLOGIE - BIODIVERSITE, EVOLUTION, ENVIRONNEMENT, PARIS

Les protéines antigel sont absentes chez les espèces non antarctiques. Ces molécules auraient 40 millions d’années, et c’est au cours de la période de glaciation datant de la fin de l’Eocène (-40 à -35 millions d’années), lorsque la couche de glace s’est développée sur le continent Antarctique que cette adaptation au froid serait apparue. Puis, au cours du Miocène, il y a 25 millions d’années environ, les eaux encerclant l’Antarctique se sont isolées du reste de l’océan Austral. L ’ouverture du passage de Drake par le détachement de l’Amérique du sud de l’Antarctique a provoqué la création d’un courant marin froid qui encercla le continent : le courant circumpolaire Antarctique. Ce courant froid maintient les eaux proches du continent à une température plus basse que le reste de l’océan Austral, comprise entre -2° et 6°C [2]. Les notothénioïdes non antarctiques dériveraient d’une espèce ancestrale qui se serait « échappée » vers des latitudes de l’océan Austral où les eaux sont moins froides. Leurs descendants auraient ensuite perdu des caractères génétiques tels que la capacité à fabriquer des protéines antigel qui leur devenait alors inutile, tandis que les poissons restés en bordure du continent Antarctique, où la température est froide et stable, l’ont conservée.
Autre aspect évolutif majeur de l’adaptation au froid des poissons des glaces, leur hémoglobine est très différente, présentant une affinité pour l’oxygène moins importante. Cette protéine du sang a même disparue chez les espèces de notothénioïdes de la famille des Channichthyidae. Ces évolutions ont été possibles en raison de la plus forte teneur en oxygène dissous dans l’eau lorsque la température baisse. Du fait de la richesse en oxygène des eaux polaires antarctiques certaines espèces ont développé d’autres moyens pour respirer : l’oxygène passe des branchies au sang, puis du sang aux organes, et cela à un rythme suffisant grâce à un débit sanguin accru, et un métabolisme corporel ralenti.
Une autre caractéristique évolutive des poissons des glaces Antarctiques est l’absence de protéines de choc thermique. Cette perte serait liée au fait que ces protéines leur étaient devenues inutiles dans leur milieu où la température varie très peu. En l’absence de ces protéines, la tolérance de ces poissons à des variations de température est donc très faible (de l’ordre de quelques degrés entre -2°C et 6°C) : ils sont devenus sténothermes [3].

L’étude des poissons des glaces permet aux scientifiques de mieux comprendre les mécanismes génétiques de l’évolution comme l’acquisition et la perte de caractères en relation avec les modifications environnementales.
La compréhension des phénomènes d’adaptation au froid chez ces poissons et le suivi de leurs populations permettra de mieux cerner l’impact du réchauffement climatique sur les écosystèmes polaires.

L’ Institut polaire Paul Emile Victor soutient l’étude des poissons antarctiques et en particulier les Notothenioidei, réalisée dans le cadre du programme de recherche IPEV n°281 ICOTA (Ichtyologie COtière en Terre Adélie) auquel participent plusieurs équipes CNRS.
Dans le cadre de l’Année polaire, le programme ICOTA est repris dans les programmes :
- ICEFISH-2007 : International Collaborative Expedition to collect and study Fish Indigenous to Sub-Antarctic Habitats
- CAML : A Census of Antarctic Marine Life

Voir aussi le site officiel du projet ICEFISH

Sources :
- Coppes Petricorena Z. L. and Somero G. (2007). Biochemical adaptations of notothenioid fishes : Comparisons between cold temperate South American and New Zealand species and Antarctic species. Comparative Biochemistry and Physiology, Part A, 147, 799-807.
- Verde C., Lecointre G., Di Prisco G. (2007). The phylogeny of polar fishes and the structure, function and molecular evolution of hemoglobin. Polar Biology, 30, 523-539.
- Lecointre G., Ozouf-Costaz C. (2004). Les poisons à antigels de l’océan Austral. Pour la Science, 320, 48-54.

Mots-clés : Antarctique, Océan Austral, Poisson des glaces, Antigel, Biologie

[1] Classe de protéines qui protègent les autres protéines contre le stress dû aux températures élevées

[2] La température de l’eau de mer peut être négative car la teneur en sel abaisse le point de congélation de l’eau.

[3] Un organisme sténotherme présente une tolérance faible aux variations de température du milieu

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