2. Comprendre l'adaptation aux milieux extrêmes
L'adaptation des animaux aux milieux extrêmes est un autre grand thème de recherche.
Sur le continent antarctique, les manchots comme les poissons doivent vivre et se reproduire dans des conditions où normalement aucune vie n'est possible.
C'est tout particulièrement vrai pour les poissons vivant sur la côte de terre Adélie. Des recherches sont entreprises depuis 1996, visant à faire un inventaire des espèces présentes et à étudier dans le long terme les conditions pélagiques et le fonctionnement de la chaîne alimentaire. Vivant à des températures d'eau où elles devraient geler , les espèces de poissons présentes ont dû mettre en place des adaptations. Deux évolutions majeures ont été mises en évidence : le déclin, voire la disparition totale, de l'hémoglobine du sang et la sécrétion d'une protéine antigel .
Il en est de même pour les espèces de manchots . Les manchots sont des endothermes, c'est-à-dire des organismes à sang chaud qui maintiennent leur température interne élevée et constante indépendamment des variations de la température ambiante, à la différence des ectothermes, ou organismes à sang froid, qui laissent dériver leur température interne au gré des fluctuations ambiantes, et donc l'intensité de leur activité physique. Le manchot empereur a une température interne de 38°C. Il doit produire assez de chaleur pour la maintenir alors même qu'il doit affronter des températures inférieures à zéro de plusieurs dizaines de degrés ou qu'il doit faire de longues plongées dans une eau proche de zéro degré, ce qui accroît de près de 190 % ses pertes de chaleur.
L'éventail des moyens déployés par les manchots est très important : réduction de la surface d'échange de chaleur, revêtement très isolant, système cardiovasculaire très spécifique, protection en groupe (la tortue) ou enfouissement sous la neige (manchot Adélie), mécanismes spécifiques de croissance des juvéniles...
Ces recherches sur le fonctionnement énergétique des animaux polaires sont directement liées à des études sur les hommes . En effet, ces mécanismes de mobilisation énergétique et donc des ressources en lipides, glucides et protéines de l'organisme peuvent nous apprendre beaucoup pour traiter certaines maladies humaines comme l'obésité. Les manchots sont des oiseaux qui comme les hommes ne disposent pas de tissus adipeux bruns permettant aux mammifères de supporter les températures les plus froides. A la suite des études sur les manchots, des études sur l'homme vont avoir lieu à Concordia .
Par ailleurs, dans le cadre de leur adaptation à ces milieux, le point commun de la plupart de ces espèces est que la reproduction se déroule à terre à plusieurs centaines de kilomètres des lieux de nourrissage. Les couples doivent donc couver et nourrir leurs juvéniles en alternance et subir de longues périodes de jeûne : période de couvaison ou d'alimentation du ou des jeunes et durée du trajet nécessaire au ralliement de la zone de pêche, la plupart du temps dans le front polaire, à plusieurs centaines de kilomètres des colonies. Ils ont donc développé des mécanismes particuliers de gestion de leur digestion et de mobilisation de leurs ressources énergétiques pour se passer de manger pendant plusieurs semaines tout en nourrissant leurs petits. Ce mécanisme est encore plus mobilisé lors du phénomène El Niño. Par exemple, le mâle manchot royal doit pouvoir attendre plus longtemps le retour de la mère partie se nourrir alors que l'oeuf éclôt. Ce phénomène particulier a conduit à la mise en évidence d'un peptide très puissant dans l'estomac du mâle, la sphéniscine (du nom latin du manchot Spheniscus). Il permet à la nourriture de rester dans un bon état de conservation pendant deux ou trois dernières semaines de couvage. Le mâle peut ainsi nourrir le poussin en attendant la femelle. Ce peptide a de nombreuses applications biomédicales .