Une équipe collaborative de scientifiques dirigée par l’Université du Massachusetts à Amherst a récemment découvert qu’il n’existe aucune preuve physiologique appuyant une théorie avancée – qui implique la surface des branchies des poissons – expliquant pourquoi de nombreuses espèces de poissons « rétrécissent » à mesure que les eaux se réchauffent en raison de changement climatique. Connue sous le nom de théorie de la limitation de l’oxygène dans les branchies (GOL), elle a été proposée comme mécanisme universel expliquant la taille des poissons et a été utilisée dans certaines prévisions des futurs rendements mondiaux des pêcheries.
Cependant, les chercheurs, représentant la National Oceanic and Atmospheric Administration, l’US Geological Survey, l’Université de Californie Davis ainsi que l’UMass Amherst, ont mené une série d’expériences à long terme sur l’omble de fontaine et ont découvert que, bien que l’augmentation des températures entraîne une diminution significative la taille du corps et la surface des branchies n’expliquaient pas le changement. Les résultats de l’étude ont été récemment publiés dans le Journal de biologie expérimentale.
« Nous savons que le changement climatique mondial est en train de se produire et que nos océans et nos rivières se réchauffent », déclare Joshua Lonthair, maître de conférences en biologie à l’UMass Amherst et auteur principal de l’article. « Et nous savons que de nombreux animaux, pas seulement les poissons, atteignent des tailles adultes plus petites sous des températures plus chaudes. Nous avons même un nom pour cela, la règle de taille de température. Mais malgré des décennies de recherche, nous ne comprenons toujours pas pourquoi la taille diminue à mesure que la température augmente.
Chez les espèces de poissons marins et d’eau douce, l’augmentation de la température de l’eau a un effet critique sur le métabolisme, la reproduction et d’autres fonctions vitales, mais un facteur critique sur lequel s’appuient la plupart des modèles qui sous-tendent la gestion des pêches est la taille des poissons. La pêche commerciale est souvent réglementée en fonction du tonnage, et lorsque le poisson diminue, il en faut davantage pour remplir une tonne. Un poids inférieur est également lié à une reproduction réduite. Au total, cela signifie que les managers doivent adapter leurs modèles à notre monde en évolution.
Mais comment?
Une théorie majeure, GOL, soutient que la croissance des poissons est limitée par la quantité d’oxygène que les branchies peuvent extraire de l’eau. À mesure que l’eau se réchauffe, les processus biochimiques du poisson s’accélèrent et nécessitent plus d’oxygène. Le GOL soutient que les branchies ont une surface limitée qui limite la quantité d’oxygène qu’elles peuvent fournir et que, par conséquent, les poissons ne peuvent pas grandir aussi gros dans des conditions d’eau chaude. Par conséquent, les poissons « rétrécissent » pour s’adapter à l’oxygène limité que leurs branchies peuvent fournir.
La théorie du GOL sous-tend les projections de modèles largement cités de réductions drastiques des futurs rendements mondiaux des pêcheries, y compris certaines utilisées par l’Union internationale pour la conservation de la nature, mais elle n’a jamais été directement testée.
« Nous avons remarqué que des études antérieures sur GOL reposaient sur des données réutilisées provenant d’autres projets de recherche non liés qui n’étaient pas conçus spécifiquement pour tester la théorie », explique Lisa Komoroske, professeur adjoint en conservation de l’environnement à l’UMass Amherst et auteur principal de l’article. « Nous avons conçu une série d’expériences à long terme qui constituent collectivement le premier effort visant à tester empiriquement GOL. »
Plus précisément, Lonthair, Komoroske et leurs collègues voulaient voir comment les trois ingrédients clés du GOL – la croissance, la demande énergétique et la surface des branchies des poissons – évoluaient à mesure que la température de l’eau augmentait. Pour ce faire, ils se sont tournés vers l’omble de fontaine, qui constitue un sujet de test idéal : les scientifiques en savent déjà beaucoup sur cette espèce, elle connaît une croissance rapide, est économiquement et écologiquement importante pour le nord-est des États-Unis et est relativement facile à travailler.
Une fois qu’ils ont eu leurs sujets de test – des petits alevins qui pesaient initialement entre un et deux grammes chacun – ils ont été placés dans des réservoirs, dont certains contenaient de l’eau normale à 15 °C, et d’autres contenaient de l’eau chauffée à 20 °C. Les poissons ont été pesés et mesurés au début de l’expérience, puis mensuellement par la suite. Leur consommation d’oxygène a également été mesurée à deux semaines, trois mois et six mois, ce qui permet de connaître le taux métabolique. Enfin, les chercheurs ont collecté des échantillons de branchies sur le même poisson pour mesurer les changements dans la surface de leurs branchies.
Une fois qu’ils ont commencé à analyser leurs données, certaines choses sont devenues claires : les ombles de fontaine dans les réservoirs les plus chauds étaient plus petits, comme prévu, et conformes à la règle de taille de température. Cependant, la surface des branchies était plus que suffisante pour répondre aux besoins énergétiques des poissons, ce qui signifie que leur croissance n’était pas limitée par la surface des branchies, comme le prédit GOL.
En outre, l’équipe a constaté que même si les taux métaboliques des poissons des réservoirs chauds ont effectivement augmenté au bout de trois mois, au bout de six mois, leur taux d’oxygène est revenu à la normale, ce qui suggère que les poissons pourraient ajuster leur physiologie au fil du temps pour tenir compte de l’augmentation de l’eau. températures.
« L’utilisation d’oxygène peut encore être un facteur limitant important dans la taille des poissons », explique Lonthair, « mais, pris ensemble, nos résultats montrent que GOL ne peut pas prédire ce que nous observons, ce qui a des implications pour la prévision des impacts climatiques sur les pêcheries et les écosystèmes futurs. « .
« Notre travail met en évidence l’importance de l’interdisciplinarité », ajoute Komoroske. « Les scientifiques en pêche et en macroécologie ont tendance à travailler au niveau de la population et des espèces, tandis que les physiologistes ont tendance à travailler aux niveaux individuel et cellulaire. Mais ce sont des distinctions académiques, pas naturelles, et si nous voulons aider les poissons à survivre dans des eaux plus chaudes, , nous devons travailler à plusieurs échelles biologiques et joindre les connaissances de tous ces domaines.
Alors, quel est le mécanisme qui régit la taille et la température des poissons ?
« Nous ne le savons pas encore », déclare Lonthair. « Et il ne s’agit peut-être pas d’un mécanisme unique, mais d’une multitude de facteurs, notamment la consommation d’oxygène. Nous avons besoin de davantage d’études interdisciplinaires à long terme afin de comprendre la meilleure façon de nous adapter au réchauffement climatique. »
Plus d’information:
Une taille corporelle plus petite sous l’effet du réchauffement n’est pas due à une limitation de l’oxygène dans les branchies chez un salmonidé d’eau froide, Journal de biologie expérimentale (2024). DOI : 10.1242/jeb.246477