Aldo Palmisano est un chercheur chimiste au Western Fisheries Research Center de la U.S. Geological Survey Biological ResourcesDivision et est affilié à l’Université de Washington à Seattle. Voici sa réponse.
La raison pour laquelle certains poissons vivent normalement en eau douce et d’autres en eau de mer est que l’un ou l’autre environnement leur offre des possibilités qui ont traditionnellement contribué à leur survie. Une différence évidente entre les deux habitats est la concentration en sel. Les poissons d’eau douce conservent les mécanismes physiologiques qui leur permettent de concentrer les sels dans leur corps dans un environnement pauvre en sel ; les poissons marins, en revanche, excrètent les sels en excès dans un environnement hypertonique. Les poissons qui vivent dans les deux environnements conservent les deux mécanismes.
La vie a commencé à évoluer il y a plusieurs milliards d’années dans les océans et depuis lors, les êtres vivants ont maintenu un environnement interne ressemblant étroitement à la composition ionique de ces mers primitives. On peut supposer que les conditions ioniques dans lesquelles la vie a commencé sont les seules appropriées à son maintien. Des études en laboratoire soutiennent l’idée que les divers phénomènes chimiques dont dépend la vie – y compris les interactions des acides nucléiques entre eux et avec les protéines, le repliement et la performance des protéines telles que les enzymes, le fonctionnement des machines intracellulaires telles que les ribosomes, et la maintenance des compartiments cellulaires – dépendent de manière critique du milieu ionique dans lequel les réactions ont lieu.
Avec le temps, les créatures vivant dans les océans ont profité de ressources inexploitées, comme des habitats de frai relativement sûrs ou de nouvelles sources de nourriture, qui ne leur étaient accessibles qu’en colonisant d’autres environnements, comme l’eau douce et la terre. La colonisation a été facilitée, voire rendue nécessaire, par des événements géologiques, tels que les mouvements et les collisions de masses terrestres (tectonique des plaques) et l’activité volcanique, qui ont servi à isoler les unes des autres des portions de populations très similaires d’une même espèce. Ces changements géologiques ont forcé certaines populations à s’adapter ou à s’éteindre. Le temps et la sélection naturelle due à la variation des caractéristiques physiques et environnementales ont contribué à favoriser les adaptations. Dans certains cas, ces adaptations sont devenues permanentes et ont conduit à la différenciation des espèces.
Un aspect important de la variation environnementale est la composition ionique des masses d’eau utilisées comme habitat. Les cellules chlorurées des branchies des poissons marinsproduisent une enzyme, appelée Na+/K+ ATPase branchiale, qui leur permet de débarrasser leur plasma de l’excès de sel qui s’accumule lorsqu’ils boivent de l’eau de mer.Ils utilisent cette enzyme pour pomper le sodium hors de leurs branchies au prix d’une dépense d’énergie. De plus, leurs reins filtrent sélectivement les ions divalents, qu’ils excrètent ensuite. Un autre ensemble de mécanismes physiologiques permet aux poissons d’eau douce de concentrer les sels pour compenser la faible salinité de leur environnement. Ils produisent une urine très diluée et copieuse (jusqu’à un tiers de leur poids corporel par jour) pour se débarrasser de l’excès d’eau, tout en effectuant une absorption active d’ions au niveau des branchies.
Certainement, d’autres adaptations ont contribué à la capacité des populations isolées à s’adapter plus complètement à leurscirconstances. Avec différents ensembles de prédateurs et de proies présents dans les différents habitats, et différentes gammes physiques à leur disposition,des changements comportementaux seraient nécessaires ; peut-être une taille de corps ou une partie du corps plus petite ou plus grande serait-elle favorisée. L’accumulation de ces types de changements physiologiques, comportementaux et physiques a finalement donné naissance à de nouvelles espèces. L’isolement les a peut-être contraints à conserver leurs nouvelles adaptations parmi leurs propres descendants, plutôt que de les diffuser plus largement. Pour certains, la faille a fini par être complète et il ne pouvait plus y avoir de croisement entre des populations qui s’étaient autrefois croisées.
Non sans raison, il y a eu de multiples cas de colonisation du milieu d’eau douce par des espèces de poissons d’eau de mer ; certains étaient plus ou moins complets. La capacité à s’échapper d’un environnement a pu être saisonnière, ou périodique d’une autre manière, ou intermittente, et la capacité à osmoréguler en eau douce n’a pas nécessairement exclu la capacité à revenir à un mode d’osmorégulation en eau de mer, tant que cette capacité pouvait être utilisée par une partie substantielle de la population, et sélectionnée, plutôt que simplement perdue.
Les saumons passent un temps relativement court en eau douce avant de développer la capacité d’osmorégulation en eau de mer, où ils vivent la majorité de leur vie. Certaines espèces de saumons, comme le saumon rose, migrent vers la mer dès qu’ils émergent du gravier en tant que juvéniles nageant librement. D’autres, comme le saumon rouge, le saumon coho et certains saumons quinnat, restent en eau douce pendant un ou deux ans, voire plus, avant que l’envie de migrer vers l’aval ne les rattrape, selon une série d’événements physiologiques et physiques qui coïncident avec le développement de leur capacité d’osmorégulation dans l’eau de mer. Les différentes espèces de saumons exploitent donc différents aspects de l’environnement d’eau douce, mais il est évident qu’ils bénéficient tous de meilleures perspectives de vie s’ils sont frayés dans un habitat d’eau douce et passent leur vie adulte dans l’eau de mer.
D’autres espèces apparentées, comme la truite, sont physiologiquement moins tolérantes à l’eau salée. La plupart se sont définitivement adaptées à la vie en eau douce. Elles ont probablement aussi perdu des caractéristiques (par exemple, des comportements d’accouplement) qui pourraient leur permettre de mener une vie réussie dans le milieu marin. Pour des raisons qui peuvent être liées à leur répartition géographique, les caractéristiques qui leur rendaient autrefois naturelle la vie en eau de mer ont fini par devenir un bagage excédentaire et sont tombées en désuétude et en désuétude.
William A. Wurts est un spécialiste de l’aquaculture au sein du programme de vulgarisation coopérative de l’université d’État du Kentucky. Il apporte un éclairage supplémentaire sur l’évolution et la physiologie des poissons.
Les différentes espèces de poissons que l’on trouve dans les océans, les lacs, les rivières et les ruisseaux ontévolué pendant des millions d’années et se sont adaptées à leurs environnements préférés sur de longues périodes. Les poissons sont classés en fonction de leur tolérance à l’alcalinité. Les poissons qui ne peuvent tolérer que des plages très étroites de salinité (comme les poissons d’eau douce tels que les poissons rouges et les poissons d’eau de mer tels que les thons) sont appelés espèces sténohalines. Ces poissons meurent dans des eaux dont la salinité diffère de celle de leur environnement naturel.
Les poissons qui cantolent une large gamme de salinité à une certaine phase de leur cycle de vie sont appelés espèces euryhalines. Ces poissons, qui comprennent le saumon, l’anguille, le tambour rouge, le bar rayé et le flet, peuvent vivre ou survivre dans de larges plages de salinité, variant des eaux douces aux eaux saumâtres et aux eaux marines. Une période d’ajustement ou d’acclimatation progressive peut toutefois être nécessaire pour que les poissons euryhalins puissent tolérer de grands changements de salinité.
On pense que lorsque la planète Terre nouvellement formée s’est suffisamment refroidie, la pluie a commencé à tomber de manière continue. Ces précipitations ont rempli les premiers océans d’eau douce. C’est l’évaporation constante de l’eau des océans qui s’est ensuite condensée pour provoquer des pluies sur les masses terrestres, ce qui a fait que les océans sont devenus salés sur plusieurs milliards d’années. En s’écoulant sur et à travers le sol, l’eau de pluie a dissous de nombreux minéraux – sodium, potassium et calcium – et les a ramenés vers les océans.
Les animaux vertébrés (poissons, oiseaux, mammifères, amphibiens et reptiles) ont une caractéristique unique et commune.La teneur en sel de leur sang est pratiquement identique. Le sang des vertébrés a une salinité d’environ 9 grammes par litre (une solution salée à 0,9 %).Près de 77 % des sels du sang sont du sodium et du chlorure. Le reste est constitué principalement de bicarbonate, de potassium et de calcium.Les sels de sodium, de potassium et de calcium sont essentiels au fonctionnement normal des tissus cardiaques, nerveux et musculaires.
Si la salinité de l’eau de l’océan estdiluée à environ un quart de sa concentration normale, elle a presque la même salinité que le sang des poissons et contient des proportions similaires desodium, potassium, calcium et chlorure. Les similitudes entre la teneur en sel du sang des vertébrés et l’eau de mer diluée suggèrent une relation strongevolutionnaire entre les vertébrés et avec les océans primordiaux.
En effet, il semble probable que la vie des vertébrés a évolué lorsque lesocéans étaient environ un quart aussi salés qu’aujourd’hui. Lorsque les océans sont devenus plus salés et que les vertébrés ont poursuivi leur évolution, plusieurs groupes de vertébrés (oiseaux, mammifères, reptiles et amphibiens) ont quitté les océans pour habiter les masses terrestres, emportant avec eux l’eau de mer comme leur sang.Ils maintenaient leur concentration de sel dans le sang en buvant de l’eau douce et en absorbant les sels de la nourriture.
Mais les poissons sont restés dans l’environnement aquatique. Pour s’adapter, ils ont dû soit rester dans des environnements à faible salinité, comme les baies et les estuaires, soit développer des mécanismes pourremplacer l’eau perdue par osmose vers l’eau de mer et pour éliminer les sels absorbés dans les océans de plus en plus salés. Pour vivre en eau douce, les poissons devaient remplacer les sels perdus par diffusion dans l’eau et éliminer l’excès d’eau absorbé dans l’environnement. La fonction rénale devait être modifiée en conséquence pour que les poissons puissent survivre dans ces différents habitats.
Dans l’eau de mer, les poissons doivent boire de l’eau salée pour remplacer les fluides perdus, puis éliminer les sels en excès. Leurs reins produisent de petits volumes de liquide contenant de fortes concentrations de sel. Les poissons d’eau douce produisent de grands volumes d’urine diluée, qui est pauvre en sel. Les reins sont moins sollicités pour maintenir des concentrations stables de sels sanguins dans les eaux saumâtres ou à faible salinité.
En fin de compte, les poissons se sont adaptés ou ont habité les eaux marines, douces ou saumâtres parce que chaque environnement offrait quelque avantage compétitif aux différentes espèces. Par exemple, il a été suggéré que les poissons euryhalins sont capables d’éliminer les parasites externes en se déplaçant entre les eaux douces et salées. Les habitats de salinité différente offraient une nourriture nouvelle ou plus abondante, une fuite des prédateurs et même un refuge thermique(températures stables).
Steven K. Webster, conseiller en sciences marines à l’aquarium de Monterey Bay en Californie, ajoute une perspective sur les poissons qui se déplacent entre l’eau salée et l’eau douce.
Les quelque 22 000 espèces de poissons vivants aujourd’hui vivent dans pratiquement toutes sortes d’habitats marins et aquatiques qui ne sont pas indûment toxiques. Certaines, dont le saumon, la lamproie, l’alose, l’esturgeon et le bar rayé, se déplacent entre les plans d’eau douce et l’océan au moins une fois dans leur vie pour frayer. Beaucoup de ces espèces anadromes le font chaque année, trouvant les conditions nécessaires à lareproduction dans un domaine et celles nécessaires à l’alimentation et à la croissance dans l’autre.
Ces poissons doivent basculer leur physiologie d’équilibre salin lorsqu’ils passent de l’eau douce à l’eau salée et inversement. Ils effectuent généralement ces ajustements dans un environnement estuarien saumâtre – qui se trouve sur le chemin entre les habitats d’eau salée et d’eau douce.
Les poissons de la mer Baltique sont des poissons de la mer Baltique.