Pourquoi les poissons ne gèlent-ils pas dans les eaux arctiques?

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Courtney McDermid
Lisibilité
8.28

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

T’es-tu déjà demandé comment les poissons survivent dans les eaux froides de l’Arctique et de l’Antarctique? C’est en partie à cause d’une formidable adaptation évolutive.

Si tu habites au Canada, l’hiver finit par «entrer dans tes veines», pour ainsi dire. Mais dans le royaume animal, il existe des espèces uniques en leur genre – des poissons qui vivent dans  l’Arctique et de l’Antarctique et qui ont littéralement de l’antigel dans leurs veines!

Peinture murale de pêche sur glace à l’école primaire Kullik Ilihakvik à Cambridge Bay, au Nunavut
Peinture murale de pêche sur glace à l’école primaire Kullik Ilihakvik à Cambridge Bay, au Nunavut (Source: CambridgeBayWeather [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons).

L’antigel est une substance qui empêche un liquide de geler. Il abaisse la température de congélation afin d’éviter les dommages pouvant être causés par la formation de glace. Par exemple, l’antigel empêche le liquide des radiateurs de voiture de geler en hiver.

Les poissons vivant dans les climats froids ont développé un système d’adaptation les empêchant de geler : les protéines antigel. Les poissons de l’Arctique et de l’Antarctique ont ces protéines dans le sang. Cela explique en partie pourquoi ils peuvent vivre dans des eaux où d’autres ne peuvent pas.

La morue polaire (Boreogadus saida) est un exemple d’espèce de poisson qui utilise les protéines antigel pour se protéger des températures glaciales
La morue polaire (Boreogadus saida) est un exemple d’espèce de poisson qui utilise les protéines antigel pour se protéger des températures glaciales (Source: H. L. Todd (Public Domain) via Wikimedia Commons).

Le savais-tu? 

Parce qu’elle est salée, l’eau de mer gèle à -2 °C, et non à 0 °C. 

Comme les poissons sont des animaux ectothermes (à sang froid), ils doivent trouver un moyen de ne pas geler lorsque la température de l’eau dans laquelle ils vivent est en dessous de zéro. C’est là que les protéines antigel entrent en jeu.

Les protéines antigel ont de longs segments de répétitions d’acides aminés qui peuvent se lier aux cristaux de glace.

Les cristaux de glace sont très dangereux pour les poissons, car leur formation dans le sang entraîne la mort cellulaire. Les petits cristaux peuvent grossir en utilisant l’eau qui circule dans le sang. Afin d’entraver cette croissance, les protéines antigel se lient aux petits cristaux, prévenant ainsi le sang de geler.

Ceci est un exemple d’une molécule de protéine antigel. La longue chaîne de répétitions d’acides aminés est pliée dans une forme spécifique à l’espèce. La partie bleu clair de cette protéine lie les cristaux de glace.
Ceci est un exemple d’une molécule de protéine antigel. La longue chaîne de répétitions d’acides aminés est pliée dans une forme spécifique à l’espèce. La partie bleu clair de cette protéine lie les cristaux de glace. (Source: Jawahar Swaminathan and MSD staff at the European Bioinformatics Institute (Public Domain) via Wikimedia Commons).

Le savais-tu? 

Les humains ont eux aussi trouvé des façons d’exploiter les protéines antigel. Par exemple, les fabricants de crème glacée les utilisent pour empêcher les cristaux de glace de se former. Les scientifiques et les techniciens aussi s’en servent pour conserver des organes ou des tissus.

Certaines de ces protéines antigel sont apparues il y a des millions d’années et ont évolué à plusieurs reprises, soit chaque fois qu’une espèce de poisson a dû se modifier pour survivre.

Les protéines antigel sont un exemple d’évolution convergente, c’est-à-dire lorsque des organismes d’espèces différentes sans relation évidente développent des caractéristiques similaires. Cela se produit généralement parce qu’ils essaient de survivre dans des conditions environnementales similaires et qu’il n’y a que peu d’options possibles.

Par exemple, la légine antarctique et la morue polaire n’ont pas de parents proches. Ce sont aussi deux espèces qui vivent très loin l’une l’autre, presque aux extrémités opposées de la planète! Mais elles ont toutes deux développé des protéines antigel; c’est parce qu’elles vivent dans des environnements où, sans ces protéines, elles mourraient de froid.

Qu’est-ce que tout cela signifie? Grâce aux protéines antigel, les poissons peuvent vivre dans des régions où ils ne pourraient pas autrement. Quelle adaptation évolutive incroyable!

Points de départ

Connecter et Relier

  • Qu’est-ce que ta ville utilise pour rendre les routes et les trottoirs glacés moins glissants – du sable ou du sel? Pourquoi penses-tu?
  • Es-tu déjà allé à la pêche sur glace? Pourquoi les poissons ne gèlent-ils pas sous la glace?

Connecter et Relier

  • Qu’est-ce que ta ville utilise pour rendre les routes et les trottoirs glacés moins glissants – du sable ou du sel? Pourquoi penses-tu?
  • Es-tu déjà allé à la pêche sur glace? Pourquoi les poissons ne gèlent-ils pas sous la glace?

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • Quels impacts les connaissances sur les protéines antigel ont-elles eus sur d’autres domaines scientifiques?
  • Les protéines antigel pourraient-elles constituer une alternative plus écologique au sel de voirie? Quels sont les obstacles à l’utilisation de cette technologie pour la sécurité routière?

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • Quels impacts les connaissances sur les protéines antigel ont-elles eus sur d’autres domaines scientifiques?
  • Les protéines antigel pourraient-elles constituer une alternative plus écologique au sel de voirie? Quels sont les obstacles à l’utilisation de cette technologie pour la sécurité routière?

Explorer les Concepts

  • Qu’est-ce que l’évolution convergente? Peux-tu penser à un autre exemple d’évolution convergente qui n’est pas présenté dans cet article?
  • Comment se forment les protéines dans un organisme vivant?
  • Pourquoi l’eau salée gèle-t-elle à une température plus basse que l’eau douce?
  • Quels autres systèmes d’adaptation ont les poissons qui vivent dans les eaux très froides?
  • À mesure que les eaux arctiques se réchauffent, quels impacts les protéines antigel chez les espèces arctiques pourraient-ils avoir sur la survie des poissons?

Explorer les Concepts

  • Qu’est-ce que l’évolution convergente? Peux-tu penser à un autre exemple d’évolution convergente qui n’est pas présenté dans cet article?
  • Comment se forment les protéines dans un organisme vivant?
  • Pourquoi l’eau salée gèle-t-elle à une température plus basse que l’eau douce?
  • Quels autres systèmes d’adaptation ont les poissons qui vivent dans les eaux très froides?
  • À mesure que les eaux arctiques se réchauffent, quels impacts les protéines antigel chez les espèces arctiques pourraient-ils avoir sur la survie des poissons?

Nature de la Science / Nature de la Technologie

  • À la lumière de ce que tu as appris en lisant cet article, pourquoi est-il important de protéger et préserver la biodiversité existante sur Terre?

Nature de la Science / Nature de la Technologie

  • À la lumière de ce que tu as appris en lisant cet article, pourquoi est-il important de protéger et préserver la biodiversité existante sur Terre?

Suggestions d'enseignement

  • Cet article soutient l’apprentissage en biologie lié aux adaptations et à l’évolution des organismes. Il présente les concepts d’évolution convergente et d’organismes ectothermes.
  • Après avoir lu cet article, les étudiants pourraient également lire ceux de la section En apprendre davantage pour en savoir plus sur les protéines antigel et les animaux possédant cette adaptation.
  • Les élèves pourraient compléter une toile de définition du concept afin d’élaborer la notion de protéines antigel ou de l’évolution convergente. Les fiches BLM prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] ou [.pdf]

Suggestions d'enseignement

  • Cet article soutient l’apprentissage en biologie lié aux adaptations et à l’évolution des organismes. Il présente les concepts d’évolution convergente et d’organismes ectothermes.
  • Après avoir lu cet article, les étudiants pourraient également lire ceux de la section En apprendre davantage pour en savoir plus sur les protéines antigel et les animaux possédant cette adaptation.
  • Les élèves pourraient compléter une toile de définition du concept afin d’élaborer la notion de protéines antigel ou de l’évolution convergente. Les fiches BLM prêtes à l’emploi de cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [Google doc] ou [.pdf]

Références

Committee on Fundamental Science. (1996). United States Antarctic program. National Science and Technology Council.