Du changement climatique au changement métabolique chez les poissons
Conséquence directe du changement climatique, les océans et les mers d’Europe se réchauffent et perdent de l’oxygène. Bien que ces deux tendances aient un impact direct sur les écosystèmes marins, la plupart des recherches étudient ces deux facteurs de stress de manière isolée. Or, cela ne permet pas toujours de rendre compte des conditions environnementales réelles auxquelles sont confrontés les poissons. «Il nous faut une approche plus globale, qui examine comment le réchauffement des océans et la désoxygénation affectent ensemble le taux métabolique des poissons», explique Rasmus Ern, biologiste à l’université norvégienne des sciences et de la technologie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Le projet OxyTempFish, financé par l’UE, a été conçu pour considérer cette approche.
De nouveaux outils de prévision de l’impact du changement climatique sur les poissons
En utilisant le poisson zèbre comme espèce modèle, le projet a étudié l’impact de la hausse des températures et de la baisse des niveaux d’oxygène sur le métabolisme des poissons et la manière dont les changements métaboliques déterminent les limites thermiques supérieures et les réponses comportementales à l’hypoxie. Pour ce faire, l’équipe a construit et perfectionné des systèmes expérimentaux spécialisés qui lui permettent de contrôler avec précision l’oxygène et la température de l’eau tout en mesurant les caractéristiques métaboliques, les limites de tolérance thermique et le comportement. Il s’agit notamment du système de régulation de l’oxygène OptoReg, un dispositif simple et peu coûteux qui convertit les appareils de mesure de l’oxygène FireSting-O2 de PyroScience, largement utilisés, en régulateurs d’oxygène précis en boucle fermée. Disponible en libre accès, ce système permet aux laboratoires dont les ressources sont limitées de mener des expériences sophistiquées sur l’hypoxie.
De nouvelles découvertes remettent en question d’anciennes hypothèses
Grâce à ces outils, les chercheurs ont découvert que le seuil d’oxygène de l’eau à partir duquel la tolérance thermique supérieure (maximum thermique critique (CTmax)) atteignent leur limite (PCTmax) n’est pas une propriété fixe de l’espèce, il varie considérablement en fonction de la rapidité avec laquelle les températures augmentent. Les chercheurs ont également constaté que les réactions comportementales d’évitement de l’hypoxie aquatique sont plus étroitement liées à la capacité de tolérance à l’hypoxie qu’à la demande de base en oxygène. Ce résultat soutient l’idée que le comportement d’évitement est mécaniquement motivé par la proximité des limites physiologiques plutôt que par les coûts métaboliques courants, ce qui a des implications sur la façon dont les variations physiologiques individuelles se traduisent en réponses comportementales dans des conditions de diminution de l'oxygène. Enfin, le projet a découvert que l’effet d’une augmentation du taux de réchauffement sur le CTmax s’inverse en fonction des températures d’acclimatation: le CTmax augmente chez les poissons acclimatés au chaud, mais diminue chez les poissons acclimatés au froid. «Cela remet en question l’hypothèse largement répandue selon laquelle un seul protocole de réchauffement normalisé peut mesurer et comparer de manière fiable la tolérance thermique d’espèces vivant dans des environnements thermiques différents», souligne Rasmus Ern. Considérées ensemble, ces conclusions révèlent que les méthodes de laboratoire standard utilisées pour mesurer les limites thermiques supérieures peuvent systématiquement surestimer ou sous-estimer la sensibilité des espèces au réchauffement combiné et à la faible teneur en oxygène, ce qui a des implications directes sur la fiabilité des projections utilisées pour prédire l'évolution des populations de poissons dans le contexte du changement climatique. Les principaux résultats du projet ont été présentés dans la cadre de conférences internationales et plusieurs articles sont actuellement en préparation qui seront soumis à des revues scientifiques de premier plan. Entre-temps, le projet a déjà contribué à plusieurs publications, dont un article de synthèse largement cité paru en 2023 dans la revue «Physiology», qui résume les connaissances actuelles sur la manière dont la fonction cardiovasculaire, l'apport en oxygène et les réponses cellulaires au stress interagissent pour fixer les limites thermiques chez les poissons. OxyTempFish a été soutenu par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).