Le poisson des glaces de l’Antarctique, un survivant menacé

Nathalie Rose Le François lors d’un séjour en Antarctique en 2013
Photo: Nathalie Rose Le François Nathalie Rose Le François lors d’un séjour en Antarctique en 2013

Dépourvu d’hémoglobine et de globules rouges qui normalement assurent l’oxygénation des tissus de la plupart des vertébrés, le poisson des glaces de l’Antarctique est en quelque sorte une aberration de l’évolution qui a trouvé la niche qui lui convenait dans les eaux glaciales de l’océan Austral. Le réchauffement du climat risque toutefois de lui être fatal. Une équipe de scientifiques, parmi lesquels figure une Québécoise, étudie le développement de ce poisson pour voir s’il survivra ou non à cette menace.

La chercheuse québécoise Nathalie Rose Le François devrait atteindre la station Palmer en Antarctique, la plus au nord du continent des trois stations de recherche américaines, le 4 avril prochain. C’est la troisième fois que la chercheuse en écophysiologie des poissons séjournera en Antarctique pour apporter sa contribution au projet de recherche sur les poissons de l’Antarctique mené par le professeur William Detrich du Centre de science marine de l’Université Northeastern au Massachusetts.

En collaboration avec des chercheurs de Corée du Sud, d’Australie et de l’État de l’Oregon, M. Detrich a séquencé le génome d’un poisson de l’Antarctique en 2014, et a fourni du coup des informations sur les particularités génétiques de ces poissons qui ont dû s’adapter au refroidissement de l’océan Austral il y a environ 40 millions d’années, et dont la température est aujourd’hui d’environ -1,2 °C.

Photo: Nathalie Rose Le François Nathalie Rose Le François lors d’un séjour en Antarctique en 2013

Ces chercheurs ont ainsi pu confirmer que ces poissons appartenant au groupe des notothénioïdes avaient acquis des gènes leur permettant de synthétiser des protéines antigel qui préviennent la cristallisation des liquides de l’organisme. Les chercheurs ont également découvert que plusieurs protéines oeuvrant dans les mitochondries, ces petites centrales qui produisent l’énergie nécessaire aux cellules à partir de l’oxygène, avaient subi des modifications.

L’équipe de scientifiques cherche maintenant à savoir comment les poissons de l’Antarctique réagiront au réchauffement climatique qui devrait entraîner une élévation moyenne de la température des eaux de l’océan Austral de 4 °C au cours des deux prochains siècles. Comme les poissons de l’Antarctique sont à la fois des ectothermes, c’est-à-dire des organismes dont la température corporelle est la même que celle du milieu extérieur, et des sténothermes, c’est-à-dire qu’ils ne tolèrent que de faibles variations de température, ils seront pour la plupart particulièrement vulnérables aux changements climatiques.

Sang blanc

Certains poissons des glaces, dits à sang blanc, comme le grande-gueule antarctique (dont le nom scientifique est Chaenocephalus aceratus), sont vraiment mal équipés pour faire face au réchauffement climatique, souligne Mme Le François. Ces poissons ne possèdent ni globules rouges, ni hémoglobine — la protéine contenue dans les globules rouges et qui achemine l’oxygène des poumons vers les cellules —, ni myoglobine — la protéine qui transporte l’oxygène à l’intérieur des cellules musculaires. Ils s’oxygènent néanmoins à travers le sang, dont le taux d’absorption de l’oxygène est toutefois bien moindre. Ils possèdent par ailleurs d’énormes branchies et un coeur très volumineux, qui est sept fois plus gros que la normale, car un volume sanguin beaucoup plus grand est nécessaire pour oxygéner leurs tissus. Ils peuvent aussi compter sur une certaine absorption de l’oxygène au niveau de la peau. Leur métabolisme est toutefois très lent. « Si le climat se réchauffe, ces poissons pâtiront car la concentration d’oxygène dans l’eau diminue à mesure que la température s’élève », fait remarquer Mme Le François, qui est chercheuse et conseillère scientifique à la division Collections vivantes et recherche du Biodôme de Montréal.

« L’absence d’hémoglobine est le résultat d’une mutation génétique qui aurait dû être mortelle. Le seul endroit au monde où les poissons qui sont porteurs de cette mutation peuvent survivre est l’Antarctique, car les eaux y sont très froides, et donc dotées d’une teneur élevée en oxygène. On imagine donc qu’avec le réchauffement du climat, ce sera probablement une des premières espèces à disparaître. Les expériences que l’on mènera nous informeront sur l’avenir de ce poisson. Mais peut-être serons-nous surpris car les poissons font preuve d’une grande plasticité. On ne soupçonne pas la gamme de tolérance qu’un organisme peut avoir jusqu’au moment où on l’expose à ces conditions extrêmes », avance-t-elle.

Capacités d’adaptation

Les recherches du professeur Detrich et de ses collègues visent plus précisément à estimer les capacités moléculaires et physiologiques de deux espèces typiques de l’Antarctique — une espèce à sang blanc, le grande-gueule antarctique, et une espèce à sang rouge, la bocasse noire (dont le nom scientifique est Notothenia coriiceps) — à s’acclimater, voire à s’adapter au réchauffement rapide de l’océan, et ce, en évaluant les effets d’une élévation de la température de l’eau de 4 °C sur l’expression de différents gènes durant le développement embryonnaire de ces poissons, ainsi que sur la morphologie de leurs embryons. « On prélève des oeufs à des stades critiques du développement, comme lors de l’apparition d’un organe, afin de mesurer l’expression des gènes à ce moment précis, explique l’écophysiologiste. Quand les oeufs ont atteint l’étape où on perçoit le battement cardiaque, qui est une étape critique du développement, on les prélève et on les envoie aux laboratoires en Oregon ou à Boston, où on procédera à une analyse génomique qui nous permettra de connaître le niveau d’expression de différents gènes aux deux températures expérimentales. On pourra ainsi voir si l’espèce s’adapte au réchauffement de l’eau ou si elle se trouve en difficulté. »

Pour réaliser ce genre d’expériences, les chercheurs doivent disposer de familles de poissons en captivité, dont certaines sont élevées à des conditions environnementales similaires à celles d’aujourd’hui, soit dans une eau à -1,2 °C, et d’autres dans une eau maintenue à 4° au-dessus de la moyenne actuelle.

En 2013, l’équipe de M. Detrich éprouvait des difficultés insurmontables à stimuler la ponte de ces poissons et à soutenir leur développement larvaire en incubateur. Elle a alors fait appel à l’expertise de Nathalie Le François, qui est aussi professeure associée à Université du Québec à Rimouski (UQAR) et à l’Université Laval, car elle avait étudié le loup de mer, un poisson indigène du Saint-Laurent et du nord-ouest de l’Atlantique qui présente de nombreuses similitudes avec les poissons de l’Antarctique, dont une fécondité semblable et des oeufs de même taille dont les mâles prennent soin pendant plusieurs mois (jusqu’à six mois dans des eaux très froides comme celles de l’océan Austral). Mme Le François avait en effet réussi à fertiliser des oeufs de loup de mer et à soutenir le développement des larves jusqu’à leur éclosion. On l’a donc invitée à mettre sur pied des élevages de grandes-gueules antarctiques et de bocasses noires à la station Palmer. Des bris d’équipement et la très grande vulnérabilité du grande-gueule antarctique l’ont toutefois empêchée d’atteindre son objectif lors de ses deux précédents séjours, un premier de huit semaines en 2013 et un second de six mois en 2014.

Expériences et traitement

« Les grandes-gueules antarctiques sont très sensibles au stress. Quand on les capture et qu’on les remonte du chalut, ils sont complètement tétanisés, c’est-à-dire en état de stress assez critique. Ce n’est donc pas surprenant que les femelles peinent à atteindre la maturité ovarienne requise pour pondre des oeufs en captivité, et ce, même après un traitement hormonal censé accélérer la maturation sexuelle et la production des gamètes », raconte la spécialiste de l’aquaculture de conservation qui prévoit d’expérimenter des façons de revitaliser ces fragiles poissons lors de son prochain séjour de cinq mois.

Le traitement hormonal avait par contre permis de recueillir de bonnes quantités de sperme chez les mâles. Et Mme Le François avait mis au point une technique de cryogénie pour le conserver jusqu’au moment où les femelles relâcheront des oeufs, afin de pouvoir procéder alors à une fécondation artificielle. L’élevage de la bocasse noire, dont le métabolisme est plus rapide que celui du grande-gueule, avait presque été couronné de succès. « L’incubation des oeufs allait plutôt bien puisqu’on a pu atteindre le stade où apparaissent les battements cardiaques et le développement des nageoires, mais un problème technique, le gel dans les conduits, nous a fait perdre nos plus belles familles », relate la chercheuse.

Dès qu’elle arrivera à la station Palmer en avril prochain, Mme Le François injectera des hormones sexuelles aux deux espèces dans l’espoir d’obtenir des femelles grandes-gueules fertiles dans un premier temps, et de pouvoir assister à l’éclosion des oeufs pendant qu’elle sera encore sur place.

Conséquences du réchauffement

Si tout se passe comme elle l’espère, les autres chercheurs pourront vérifier si un réchauffement de 4 °C altère les processus de division cellulaire et d’organogenèse, et si ces changements sont détectables dans l’expression des gènes liés au développement de la larve ou à l’éclosion, et si des difformités font leur apparition.

« Si la température de l’eau augmente, le développement embryonnaire des poissons se déroulera probablement plus rapidement. Cela voudra dire que l’éclosion des oeufs aura lieu plus tôt en saison alors qu’il fait encore noir et que le zooplancton dont ils s’alimentent n’est pas encore présent. Même s’il fait plus chaud, la photopériode demeurera inchangée. Il risque donc d’y avoir un décalage entre la disponibilité de la ressource alimentaire et l’éclosion de la larve, et ce décalage sera un problème de taille pour l’espèce », appréhende Nathalie Le François qui est impatiente de partir pour cette dernière expédition en Antarctique, mais qui a aussi hâte de revenir… avec la satisfaction du devoir accompli.


Le loup de mer

La professeure-chercheuse à l’UQAR Nathalie Le François avait eu pour mandat de développer un programme d’aquaculture de poissons marins avec le ministère de l’Agriculture, des Pêcheries et de l’Alimentation du Québec (MAPAQ). Dans le cadre de cette mission, elle avait défini le loup de mer, un poisson solitaire qui était pêché de façon accidentelle dans le Saint-Laurent au large de l’île d’Anticosti, comme une espèce propice à un développement commercial à court et moyen terme. Mme Le François a donc étudié la reproduction, les besoins nutritifs et la croissance de cette espèce dénommée scientifiquement Anarhichas lupus, et a livré au MAPAQ un portrait des conditions nécessaires à son élevage.

« Le loup de mer une espèce qui est très propice à l’aquaculture. L’élevage est écoresponsable dans la mesure où l’espèce est robuste : elle résiste bien aux maladies et au stress des densités élevées. Sa croissance est bonne en eau froide, la qualité de sa chair est excellente. C’est un des meilleurs poissons que j’ai pu manger », précise la spécialiste en aquaculture de la conservation, qui est aussi chercheuse et conseillère scientifique au Biodôme de Montréal.

Comme le loup de mer a été proclamé espèce menacée en 2000, « son élevage en aquaculture nous aurait donné l’exclusivité d’un nouveau produit frais d’élevage québécois sur les marchés tout en enlevant la pression exercée par la pêche sur l’espèce vivant en milieu naturel. Mais selon Pêches et Océans Canada, une espèce menacée n’est plus considérée comme une espèce commerciale, et nous n’avons donc pas le droit de la vendre », indique Mme Le François qui déplore l’abandon du projet alors que la Norvège et la Suède font l’élevage du loup de mer et que la pêche est encore permise en Nouvelle- Angleterre, où l’espèce n’est pas menacée.

Nathalie Le François passera les cinq prochains mois à la station Palmer, qui est l’une des trois stations de recherche américaines en Antarctique. Plus petite que la station McMurdo où les avions peuvent atterrir, la station Palmer est accessible par bateau depuis la Patagonie en traversant d’abord le détroit de Magellan, puis le passage de Drake, ce détroit redouté par les marins en raison des courants océaniques mouvementés qui sont générés par la rencontre de l’océan Austral, le sud-est de l’océan Pacifique et le sud-ouest de l’océan Atlantique. Sise sur l’île d’Anvers en bordure de la péninsule Antarctique, la station Palmer est celle qui se trouve la plus au nord du continent, là où les changements climatiques se font donc le plus sentir. Pour cette raison, « la péninsule Antarctique est appelée le Club Med de l’Antarctique. Le problème est plutôt le vent et la neige, le vent peut nous pousser hors des sentiers et on ne voit plus où on met le pied en raison de la neige. Je n’ai jamais eu aussi froid qu’à Rimouski. À la station Palmer, il ne fait pas aussi froid qu’à Rimouski en hiver. Les températures les plus froides tournent autour de -18 °C et -22 °C », souligne Mme Le François.

La station McMurdo est située quant à elle dans le sud de l’île de Ross, territoire revendiqué par la Nouvelle-Zélande, tandis que la plus petite station Amundsen-Scott pôle Sud est séparée d’environ 250 mètres du pôle Sud. Outre ces trois stations américaines, on retrouve sur le continent austral de plus petites bases appartenant aux Italiens, aux Français, aux Norvégiens, aux Russes, aux Chinois, voire aux Brésiliens. Mais aucune aux Canadiens. Pour accéder au continent antarctique, ces derniers s’associent généralement aux Américains et aux Argentins.

Au moment où Mme Le François séjournera à la station Palmer, soit durant les saisons d’automne et d’hiver dans l’hémisphère sud, une vingtaine de personnes habiteront la station alors qu’au plus fort de la saison estivale, on peut en compter jusqu’à 45. Tous les métiers sont représentés dans la station : électricien, charpentier, ébéniste, un cuisinier et en haute saison un aide-cuisinier, ainsi qu’un médecin, en l’occurrence un cardiologue australien qui, en 2014, en était à sa 40e saison dans l’Antarctique, qui se déplace d’une station à l’autre. Chaque personne assume plusieurs fonctions. Lors de son dernier passage, Mme Le François avait la responsabilité, dans le plan d’urgence, de rapporter les événements en direct.

La station Palmer n’est pas encore équipée d’éoliennes et elle dépend du mazout qui lui est livré par des navires. L’énergie générée par la combustion du mazout sert notamment à dessaler l’eau de mer. « L’eau coûte cher à produire, alors on est économe. Les cuvettes de toilette fonctionnement à l’eau salée. Les déchets organiques de salle de bains et de cuisine sont soumis à un traitement primaire, d’où la limite d’une quarantaine d’habitants. Éventuellement, ils sont rejetés dans la mer. En général, on produit très peu de déchets. Tous les déchets toxiques émanant du laboratoire ou de l’entretien des équipements sont récupérés et entreposés dans de gros conteneurs avant d’être expédiés sur le continent, au Chili la plupart du temps, où ils seront traités », précise celle que l’on surnomme « la Beaker » (se traduisant littéralement par le mot bécher, et voulant dire « la scientifique ») à la station Palmer.