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Se donner les moyens de l'excellence : la recherche polaire française à la veille de l'année polaire internationale

 

2. La recherche hormonale, moléculaire et génétique

La recherche biologique dans les régions polaires utilise de plus en plus d'instruments scientifiques extrêmement pointus pour connaître de l'intérieur le métabolisme et expliquer certaines adaptations. Elle fait appel à la recherche d'hormones, de molécules et de gènes spécifiques.

Des recherches sur le rôle des hormones dans les mécanismes d'adaptation sont réalisées à Chizé, notamment dans le cadre des recherches menées en Arctique sur la mouette tridactyle. Ce programme franco-norvégien vise à comprendre pourquoi cet oiseau commun de nos littoraux a une fécondité deux à trois fois plus faible (un seul poussin au lieu de deux ou trois) en Arctique. Certes, la réponse est bien évidemment la situation climatique particulière et l'environnement général, mais les chercheurs veulent expliquer les mécanismes énergétiques et hormonaux qui agissent sur le niveau de la reproduction, la date de la ponte et la régulation de la population. Les mouettes pourraient en effet pondre autant qu'à nos latitudes mais compter des pertes importantes chez les poussins. Ils doivent donc disposer pour ce faire de moyens adaptés à la caractérisation de ces hormones.

En matière de recherche moléculaire, un bon exemple peut être trouvé dans les recherches menées à Lyon par le laboratoire de physiologie intégrative cellulaire et moléculaire sur l'adaptation au froid du manchot. Comme votre rapporteur l'a indiqué ci-dessus, les oiseaux, et donc les manchots, ne disposent pas de tissus adipeux bruns dans lesquels les mitochondries18(*) produisent de la chaleur. Dans ces tissus, la thermogenèse est provoquée par un découplage des oxydations lié à la présence d'une protéine particulière dite UCP1. Les manchots ont mis au point d'autres mécanismes thermogènes dont le siège principal est le muscle squelettique. Y a été caractérisée une protéine homologue à l'UCP1. Le laboratoire a pu montrer qu'elle était issue d'un mécanisme d'adaptation liée à la nécessité pour le manchot juvénile devenant adulte de se préparer à la vie en mer, où le stress thermique est beaucoup plus important. A la suite de biopsies musculaires, il a été possible de montrer que ce sont bien les immersions successives qui provoquent l'apparition de cette UCP. L'expression de cette protéine est détectable par des techniques de biologie moléculaire comme la RT-PCR (reverse transcription et amplification par réactions de polymérisation en chaîne) qui est corrélée avec l'augmentation d'ARN messagers codant la protéine. Ces recherches suggèrent également un rôle important d'une autre protéine de la membrane interne des mitochondries (le transporteur des nucléotides adényliques - ANT).

Les recherches génétiques sont de plus en plus utilisées sur les animaux polaires. L'objectif par le séquençage de leur ADN est de comprendre les particularités génétiques qui par exemple expliquent leur résistance au froid. C'est notamment le cas de certaines espèces de poissons. L'analyse génétique permet aussi de comprendre l'histoire des espèces entre celles qui, dans une même famille, sont restées au nord du front polaire, et celles situées au sud, qui ont dû s'acclimater aux conditions climatiques nouvelles. Elle peut également fournir des indications sur l'évolution du front polaire. Celui-ci a vraisemblablement été situé beaucoup plus au Nord à une époque expliquant pourquoi certains poissons disposent de mécanismes génétiques d'adaptation alors qu'ils sont maintenant situés au nord du front.

La génétique est aussi une puissante aide pour l'étude des populations si l'on se rappelle que dans cet immense océan, où il y a très peu de terres, on trouve les mêmes espèces dispersées dans des îles ou sur la côte à plusieurs centaines ou milliers de kilomètres les unes des autres, alors même qu'elles sont philopatrides et que leur taux de dispersion est donc faible. La génétique a ainsi récemment permis de montrer que le gorfou sauteur n'était pas formé d'une seule espèce mais de deux, l'une vivant au niveau du front polaire, l'autre au niveau de la convergence subtropicale (il y a une différence de température de l'eau de 10°C entre les deux). Cette séparation était jusque là une hypothèse issue de l'observation des chercheurs français (Pierre Jouventin) qui avaient noté les différences dans les dimensions des crêtes jaunes orangées au-dessus des yeux et des chants, alors même que les autres caractéristiques biométriques utilisées par la taxinomie traditionnelle étaient semblables. Ils avaient mis à profit le gradient des territoires français. En effet, le Gorfou sauteur du Sud est caractéristique de Kerguelen et Crozet, tandis que celui du Nord se trouve à Amsterdam. Il aura fallu trente ans pour transformer une hypothèse en certitude scientifique à la suite de l'analyse génétique d'échantillons de sang et de plumes des différents spécimens.

Plus encore que la détermination d'espèces séparées, les données obtenues autorisent d'émettre des hypothèses sur l'histoire de ces populations et l'évolution du front polaire. Le groupe commun des gorfous sauteurs aurait été séparé en deux au cours de la transition du plio au pleistocène qui s'est traduite par une remontée vers le nord du front polaire de 7° en latitude, il y 1,8 million d'années. Cela aurait causé l'isolement des îles du Sud et un processus de spéciation au Nord. Ensuite, au Nord, les gorfous sauteurs originaires de l'île de Gough dans l'Atlantique Sud auraient colonisé l'île d'Amsterdam après sa formation, il y a 690 000 ans. Au Sud, les gorfous des Kerguelen et de Crozet (Océan indien) auraient colonisé les Malouines (Atlantique Sud) à une époque récente. Il s'agirait donc de migrations tout à fait exceptionnelles dans le sens du courant du front polaire (est en ouest) sur plusieurs milliers de kilomètres.

Ces migrations sont d'autant plus probables qu'on en connaît d'autres cas. Par exemple, les phanérogames (plantes à fleurs) à Crozet et Kerguelen, qui sont originaires de Terre de Feu, à 15 000 km de là.

* 18 Les mitochondries sont des éléments internes à la cellule, d'une taille de l'ordre du micromètre. Elles stockent l'énergie sous forme d'ATP à la suite d'un processus d'oxydation. L'ATP, ou adénosine triphosphate, est une molécule utilisée par tous les organismes vivants pour fournir de l'énergie. Il sert dans la synthèse des ARN.