L’augmentation de la salinité est généralement source de problèmes pour les insectes d’eau douce comme les éphémères. Une nouvelle étude de l’Université d’État de Caroline du Nord révèle que l’absence de réponses métaboliques à la salinité pourrait expliquer pourquoi certains insectes d’eau douce luttent souvent dans des conditions de salinité plus élevée, tandis que d’autres invertébrés d’eau douce (comme les mollusques et les crustacés) prospèrent. Dans ce cas, la salinité fait référence aux concentrations de tous les sels dans un environnement aquatique, pas seulement du sodium.
Le travail apparaît dans le Journal de biologie expérimentale.
« Les habitats d’eau douce en général deviennent plus salés pour un certain nombre de raisons, notamment le sel de déneigement et le ruissellement agricole, l’extraction de charbon et de gaz naturel, la sécheresse et l’élévation du niveau de la mer », explique David Buchwalter, professeur de toxicologie à NC State et auteur correspondant de la recherche. « Les insectes d’eau douce et d’autres organismes qui vivent dans ces systèmes sont utilisés comme indicateurs de la santé de l’écosystème. Lorsque ces systèmes deviennent plus salés, nous constatons que la diversité des insectes diminue, mais nous ne savons pas pourquoi. »
Les animaux aquatiques (y compris les insectes et les crustacés) doivent constamment maintenir un équilibre correct entre l’eau et les sels dans leur corps, un processus appelé osmorégulation. Théoriquement, l’environnement le plus favorable aux animaux aquatiques serait celui où les niveaux de salinité externe sont proches de ceux de l’animal. De cette façon, l’animal n’a pas à travailler aussi dur pour maintenir l’osmorégulation.
Cependant, l’inverse semble être vrai pour les insectes d’eau douce : une salinité plus élevée est toujours associée à des taux accrus d’absorption d’ions chez les insectes, mais elle est également associée à des retards de développement ou à la mort.
« Nous pensions que les insectes d’eau douce pourraient consacrer une grande partie de leur énergie à l’osmorégulation dans des environnements plus salés, au point qu’ils ne pourraient pas croître ou prospérer », explique Buchwalter. « Nous avons donc mesuré les taux métaboliques des crustacés et des insectes dans des environnements dilués et salins pour voir si les réponses métaboliques à la salinité étaient similaires. »
L’équipe a examiné trois types d’animaux d’eau douce : deux espèces de gammaridés, ou « scud », qui est un petit crustacé d’eau douce ; un escargot d’eau douce ; et trois espèces d’insectes aquatiques.
Lors du premier test, ils ont mesuré le métabolisme des animaux en les plaçant dans des eaux présentant différentes concentrations d’ions sel et en examinant leur taux de consommation d’oxygène. Ils ont observé que des conditions plus diluées rendaient les crustacés et les escargots plus difficiles à respirer, augmentant ainsi leur métabolisme, tandis que les taux métaboliques des insectes étaient constants quelle que soit la salinité.
Ensuite, l’équipe a examiné si une augmentation du rythme respiratoire était liée au transport d’un ion particulier. Les isotopes radioactifs des ions sel calcium et sodium ont permis aux chercheurs de mesurer la quantité et la rapidité avec laquelle les animaux absorbaient différents ions.
Les chercheurs ont découvert que le calcium était le principal moteur de l’augmentation du métabolisme des non-insectes dans des conditions de salinité plus faibles. En d’autres termes, les crustacés et les escargots ont travaillé plus dur pour transporter les ions calcium dont ils avaient besoin dans un environnement où le calcium était plus difficile à trouver.
En revanche, les taux métaboliques des insectes sont restés constants dans les environnements salins et dilués, même s’ils avaient un taux de transport d’ions calcium plus élevé dans l’environnement salin. Les insectes semblent avoir très peu de demande en calcium ; en fait, des recherches antérieures ont montré qu’un excès de calcium est potentiellement toxique pour eux.
Les chercheurs pensent que l’utilisation par les animaux de l’énergie interne, ou transport actif, lors du déplacement des sels pourrait en être l’explication.
« Lorsque nous constatons une augmentation du métabolisme des non-insectes dans des environnements dilués, cela pourrait être dû au fait qu’ils doivent travailler plus dur pour absorber plus de calcium », explique Buchwalter. « Et même si cela semble contre-intuitif, le contraire est vrai pour les insectes qui travaillent plus dur dans un environnement plus salin pour maintenir l’équilibre, même si leur taux de respiration n’augmente pas. Au lieu de cela, ils semblent utiliser des ressources qui seraient autrement consacrées à la croissance et à la croissance. » développement pour « annuler » l’absorption excessive d’ions lorsque les choses deviennent plus salées. »
« Le déplacement des ions de sel a un coût énergétique pour l’animal », explique Buchwalter. « Ainsi, pour les insectes d’eau douce, l’idée selon laquelle les organismes devraient prospérer dans des environnements proches de leur salinité interne est fausse. De plus, leur faible demande en calcium peut les aider à prospérer dans des environnements très dilués où les insectes dominent généralement l’écologie. le calcium semble être stressant pour les crustacés et les escargots dans cette étude. Il est fascinant que les espèces vivant dans les mêmes habitats puissent avoir des physiologies si différentes.
Les travaux futurs exploreront si ces différences physiologiques sont basées sur l’ascendance des organismes testés ou sur l’utilisation de calcium dans leurs exosquelettes/coquilles.
Plus d’information:
Jamie K. Cochran et al, La respirométrie révèle des différences majeures basées sur la lignée dans l’énergie de l’osmorégulation chez les invertébrés aquatiques, Journal de biologie expérimentale (2023). DOI : 10.1242/jeb.246376