La pieuvre de l’Antarctique a des adaptations spéciales au froid dans son système nerveux

Les eaux proches de l’Antarctique contiennent des niveaux élevés de sel dissous et peuvent rester juste au-dessus, voire en dessous, du point de congélation. Cependant, certains organismes, comme les espèces de poulpes antarctiques, ont évolué pour prospérer dans ces conditions difficiles. Cet environnement froid serait fatal aux espèces habituées aux climats plus chauds du nord. Cependant, la nature a une façon de s’adapter aux extrémités.

Objet de la recherche

Une étude récente menée par le Laboratoire de biologie marine (MBL) a étudié les adaptations au froid d’une espèce de poulpe résidant dans l’océan Austral, une région entourant l’Antarctique.

Les experts ont examiné comment le froid extrême avait influencé une enzyme essentielle du système nerveux de la pieuvre, offrant ainsi de nouvelles informations sur le vaste éventail d’adaptations qui permettent de vivre dans des environnements extrêmes.

« Nous avons examiné en détail une enzyme très importante pour le système nerveux, la pompe sodium-potassium, et nous avons demandé : ‘Où voyons-nous la plupart de ces sites d’adaptation ?' », a déclaré Joshua Rosenthal, scientifique principal au MBL. .

Activité enzymatique

Pour tous les organismes vivants, la température joue un rôle important puisque les enzymes, qui déclenchent une myriade de réactions biochimiques, dépendent de l’énergie thermique ou de la chaleur. À mesure que les températures baissent, l’activité enzymatique diminue et finit par s’arrêter.

Contrairement à certains animaux, comme les humains, qui peuvent générer de la chaleur en interne, les poulpes n’ont pas cette capacité.

Pourtant, ces créatures marines ont réussi à exister dans les eaux de l’Antarctique, où le froid a réduit jusqu’à 30 fois le taux de leurs réactions enzymatiques. Cela constitue un défi pour leur système nerveux, qui dépend d’une série de réactions bien synchronisées.

« Lorsque vous les ralentissez tous à un tel degré, la grande question se pose : comment s’adaptent-ils ? » Rosenthal réfléchit.

Adaptation au froid de la pieuvre antarctique

Alors que les scientifiques ont déjà exploré l’adaptation au froid de nombreuses protéines, ils ont souvent négligé celles intégrées dans les membranes cellulaires.

Ces protéines sont cruciales pour des tâches telles que le transport des ions dans les cellules. La protéine focale de cette étude, la Na+/K+-ATPase, joue un rôle dans le maintien des gradients électriques essentiels à la communication neuronale.

Dans des études antérieures, Rosenthal, aux côtés de Miguel Holmgren de l’Institut national américain des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux et d’un chercheur d’été Whitman au MBL, a découvert que les pompes sodium-potassium d’une pieuvre de l’Antarctique (genre Parélédone) étaient moins gênés par le froid que ceux des poulpes à deux points (Poulpe bimaculatus) vivant dans des régions tempérées, comme près de la Californie.

Variations d’acides aminés

Les chercheurs ont comparé la composition en acides aminés des deux pompes pour identifier les différences. Ils ont identifié des variations spécifiques des acides aminés et évalué leur importance en les échangeant entre les pompes. Cet échange a révélé trois variations essentielles permettant à la pompe de fonctionner efficacement dans des conditions proches du gel.

Une variante spécifique, appelée L314V, s’est révélée particulièrement cruciale. La modification de cet acide aminé pourrait éliminer la nature résistante au froid de la pompe.

En examinant ces variations au sein de la structure de la pompe, les scientifiques les ont trouvées situées au bord de la protéine, à côté de la membrane riche en lipides. Par exemple, la variante L314V pourrait optimiser le mouvement de la pompe contre la membrane, améliorant ainsi son efficacité.

« Il nous semble logique » que l’interface entre la protéine et la membrane soit un site pour de telles adaptations, a expliqué Holmgren. « Une fois que nous aurons étudié davantage de protéines membranaires, je pense que nous en verrons davantage d’exemples. »

L’étude est publiée dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences.

Crédit d’image : Tom Kleindinst/Laboratoire de biologie marine

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