Les mammifères marins nous livrent de nouveaux secrets sur leurs capacités

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Quels mystères cachent encore les mammifères pouvant plonger en profondeur ? Nous venons d’apprendre que leur myoglobine, une protéine fixant l’oxygène intervenant dans l’apnée, est particulière. Sa charge électrique est plus importante que chez les mammifères terrestres, de telle sorte qu'elle ne s’agglutine pas dans leurs muscles.

La plongée typique d'un cachalot dure en moyenne 35 mn, période durant laquelle le mammifère atteint environ 400 m de profondeur. Réunion Underwater Photography, Flickr, cc by sa 2.0

Chez les mammifères, les grands cachalots (Physeter macrocephalus) sont des champions hors concours en matière de plongée profonde. Ces odontocètes peuvent descendre à plus de 3.000m de profondeur durant des immersions qui atteignent parfois 1h30. Par comparaison, la majorité des êtres humains ne peuvent retenir leur respiration que quelques minutes, à l’exception du Danois Stig Severinsen qui a réalisé une apnée de 22 mn en novembre 2012.

Au fil du temps, les cachalots, mais aussi d’autres mammifères plongeurs, ont acquis plusieurs adaptations qui ont amélioré leur endurance sous l’eau. Certains possèdent ainsi jusqu’à 11 fois plus de myoglobine dans leurs muscles que leurs confrères terrestres. Or, cette protéine monomérique sert à stocker l'oxygène Actuellement, de nombreuses questions restent encore en suspens concernant son histoire évolutive. Par ailleurs, on se demande toujours pourquoi cette protéine ne s’agglutine pas dans les tissus musculaires, étant donné sa concentration.

Grâce à la grande concentration en myoglobine de ses muscles (un record chez les mammifères), ce phoque à capuchon (Cystophora cristat) peut plonger en apnée durant 52 mn. ilovegreenland, Flickr, cc by 2.0

Des éléments de réponse viennent d’être fournis sur ces deux zones d’ombre dans la revue Science, par Scott Mirceta de l’université de Liverpool (Royaume-Uni). Avec ses collaborateurs, mais aussi grâce à la mise en évidence d’une signature moléculaire inconnue jusqu’alors, il a réussi à retracer l’histoire de la myoglobine chez les mammifères depuis des millions d’années, dont certains sont aujourd’hui éteints.

 Quelques exemples de mammièfres - Montage photo Wikipedia (divers auteurs des photos) : Didasteph / Medeis  / Desmodus / Трансаэро / Bartus.malec / Knudsen, Robert L /  Mike Baird /  Benny Mazur / Valerius Tygart / Follix / Stefan Kraft /  Brian0918 /  Fritz Geller-Grimm / National Park Service  /  Pascaweb / Daniel78 / Walter Voigts / Ltshears / CC by SA 3.0

Pour débuter, les attentions se sont portées sur la concentration en myoglobine dans des muscles de mammifères plongeurs contemporains, de la musaraigne palustre de 16g (Sorex palustris) à la baleine de 80t. Un lien fort a été trouvé chez tous ces animaux entre la concentration en myoglobine, et la valeur de la charge électrique à la surface de ces molécules. Voilà donc pourquoi ces protéines ne s’agglutinent pas dans les muscles, au risque de perdre leurs propriétés : elles se repoussent en raison de leur charge, comme deux aimants aux pôles identiques approchés l’un de l’autre.

Grâce aux propriétés de la myoglobine actuelle, l’évolution de la charge électrique maximale de la protéine, et donc de sa concentration dans les muscles, a été estimée pour 130 espèces de mammifères dont des disparues. Pour ce faire, des moyens informatiques ont été utilisés pour lancer une reconstruction de séquences ancestrales (ou résurrection). Puis, tenant compte du poids estimé des espèces disparues, en plus d’autres facteurs, les chercheurs ont finalement retracé l’évolution de stockage de l’oxygène, et donc des temps de plongée, chez les mammifères au cours de ces 200 derniers millions d’années.

Quels que soient les groupes impliqués, tous les mammifères pratiquant de longues aprnées, y compris chez les espèces éteintes, ont présenté une charge électrique plus importante que la normale sur leurs myoglobines. Par ailleurs, l’étude a également prouvé l’existence d’un ancêtre commun amphibie aux éléphants, aux damans et aux rhytines de Steller  (ou vaches de mer, Hydrodamalis gigas). Il a vécu voilà 65 millions d’années dans des eaux africaines peu profondes.

Les mammifères : Des gigantesques baleines aux minuscules souris, en passant par les grand singes si proches de l'Homme, les mammifères font partie des êtres les plus évolués.

Les scientifiques vont maintenant confronter leurs résultats aux changements anatomiques observés chez les mammifères lors de la transition terre-mer. Ces futures informations permettront alors de mieux comprendre la position et le rôle qu’occupaient les premiers mammifères marins dans leur écosystème. Il sera également possible de déterminer les proies dont ils se nourrissaient.

Les mammifères sauvage d'Europe.

FUTURA SCIENCES 15/6/2013