Tous les vertébrés terrestres ont une chose en commun : un sang rouge, chargé d’une protéine appelée hémoglobine qui transporte l’oxygène dans tout l’organisme. Tous les vertébrés ? Presque tous. Dans les profondeurs glaciales de l’océan Austral, une famille de poissons fait exception. Leur sang est transparent, presque aussi clair que de l’eau. Ils ne possèdent aucun globule rouge. Et pourtant, ils sont parfaitement vivants. Ces animaux portent un nom évocateur : les poissons des glaces. Voici leur histoire scientifique.
Où vivent les poissons des glaces ?
Les poissons des glaces vivent exclusivement dans les eaux qui entourent l’Antarctique, dans une zone océanique appelée l’océan Austral. C’est l’environnement marin le plus froid de la planète. La température de l’eau y oscille entre environ +0,3 °C et -1,87 °C tout au long de l’année. Oui, vous lisez bien : l’eau de mer peut descendre en dessous de zéro sans geler, car la présence de sel abaisse son point de congélation.
À ces températures, la majorité des poissons du monde mourraient en quelques minutes. Le sang gèlerait, les cellules éclateraient. Pourtant, les poissons des glaces nagent paisiblement dans ces eaux, parfois sous la banquise, à des profondeurs allant jusqu’à 2 000 mètres.
La famille Channichthyidae, une singularité de la nature
Sur le plan scientifique, les poissons des glaces forment la famille des Channichthyidae, qui appartient au sous-ordre des Notothenioidei. Cette famille compte entre 15 et 16 espèces, toutes endémiques de l’océan Austral. Parmi les plus connues, vous trouverez Chaenocephalus aceratus, le poisson des glaces à tête de crocodile, et Champsocephalus gunnari, le poisson des glaces de l’Antarctique.
Leur particularité absolue : ce sont les seuls vertébrés au monde connus à ne posséder aucune hémoglobine fonctionnelle dans le sang. Pour comprendre l’importance de cette anomalie, il faut rappeler que l’hémoglobine est la protéine universelle qui colore le sang en rouge et qui transporte l’oxygène depuis les poumons (ou les branchies) vers chaque cellule du corps. Sans elle, en théorie, aucun vertébré ne devrait survivre.
Un sang translucide comme de l’eau
Si vous pouviez observer un poisson des glaces vivant, vous remarqueriez immédiatement quelque chose d’étrange : ses branchies sont blanches, et non rouges comme chez les autres poissons. Cette pâleur s’explique par l’absence totale de globules rouges. Le sang de ces poissons est translucide, presque incolore, avec une fluidité bien supérieure à celle du sang normal.
Pourquoi cette transformation ? Dans les eaux extrêmement froides, le sang « classique » devient un handicap. Plus la température baisse, plus la viscosité du sang augmente. Faire circuler un sang épais demande énormément d’énergie au cœur. À la longue, cette dépense énergétique devient insoutenable. L’évolution a donc trouvé une solution radicale : se débarrasser complètement des globules rouges et de l’hémoglobine pour fluidifier le sang.
La délétion génétique qui a tout changé
Comment l’évolution a-t-elle réalisé cette transformation ? Par un mécanisme génétique précis : la délétion. Une délétion correspond à la perte d’une portion d’ADN dans le génome. Dans le cas des poissons des glaces, les chercheurs Bargelloni et collègues ont démontré en 1998, dans la revue PNAS, que le gène codant pour la chaîne bêta de l’hémoglobine a été entièrement supprimé. Le gène codant pour la chaîne alpha a aussi subi une délétion partielle, le rendant non fonctionnel.
En clair, le « code source » génétique permettant de fabriquer l’hémoglobine a été littéralement effacé. Et il ne s’agit pas d’un cas isolé. Cette perte affecte toutes les espèces de la famille des Channichthyidae, ce qui signifie qu’elle s’est produite chez leur ancêtre commun, il y a environ 8,5 millions d’années, à une époque où la température de l’océan Austral s’effondrait.
Respirer sans hémoglobine : le pari du plasma
Sans hémoglobine, comment l’oxygène arrive-t-il aux organes ? Les poissons des glaces exploitent une propriété physique simple : l’eau très froide dissout beaucoup plus de gaz que l’eau chaude. L’océan Austral est ainsi parmi les eaux les plus oxygénées du monde.
L’oxygène se dissout donc directement dans le plasma sanguin de ces poissons, c’est-à-dire dans la partie liquide du sang. Plus besoin d’un transporteur protéique pour fixer le gaz : il se dissout simplement par diffusion physique. C’est suffisant pour faire fonctionner un organisme adapté.
Cette stratégie a cependant un inconvénient majeur : la quantité d’oxygène transportée est environ dix fois inférieure à celle d’un poisson à sang rouge. Pour compenser, l’évolution a remodelé tout le système cardiovasculaire des poissons des glaces.
Un cœur démesuré pour compenser
Pour pomper un volume sanguin suffisant en transportant peu d’oxygène par millilitre, les poissons des glaces ont développé plusieurs adaptations remarquables :
- Un cœur démesuré, jusqu’à trois fois plus gros que celui d’un poisson de taille équivalente à sang rouge.
- Un débit cardiaque très élevé, pour faire circuler plus de sang par unité de temps.
- Un volume sanguin total augmenté, pour disposer d’une plus grande réserve de plasma.
- Des vaisseaux sanguins élargis, ce qui réduit la résistance à l’écoulement.
- Une viscosité sanguine particulièrement faible, le sang étant débarrassé des cellules sanguines rouges.
Le travail de Sidell et collègues, publié en 1997 dans PNAS, a aussi montré que chez certaines espèces de Channichthyidae, la myoglobine (une autre protéine de transport de l’oxygène, présente dans les muscles) a également été perdue. C’est une seconde anomalie évolutive empilée sur la première, toujours en lien avec l’adaptation au froid extrême.
Les protéines antigel : ne pas geler dans l’eau gelée
Avoir un sang fluide ne suffit pas. À des températures inférieures à zéro, un autre danger guette : la formation de cristaux de glace dans les tissus. Si le sang gèle, l’organisme meurt instantanément. Comment les poissons des glaces évitent-ils ce sort ?
La réponse est venue d’une découverte historique de DeVries et Wohlschlag, publiée dans la revue Science en 1969. Ces deux chercheurs ont identifié dans le sang des poissons antarctiques des molécules très particulières : les glycoprotéines antigel, communément abrégées AFGP pour antifreeze glycoproteins.
Ces protéines fonctionnent d’une manière étonnante. Dès qu’un micro-cristal de glace commence à se former dans les liquides corporels, les AFGP s’y collent immédiatement et bloquent sa croissance. Le cristal ne peut donc plus grossir. C’est ce que les scientifiques appellent l’hystérésis thermique, un mécanisme qui abaisse le point effectif de congélation des tissus jusqu’à environ 1,2 °C en dessous de la température normale, comme l’a confirmé l’étude de Chen et collègues parue en 1997 dans l’European Journal of Biochemistry.
Concrètement, les poissons des glaces produisent leur propre antigel biologique. Leur sang ne gèle pas, même quand l’eau environnante est en dessous de zéro.
Quand cette transformation s’est-elle produite ?
Les analyses génétiques convergent vers une date précise : il y a environ 8,5 millions d’années. À cette époque, l’océan Austral subissait un refroidissement spectaculaire lié à l’isolation progressive de l’Antarctique et à l’établissement du courant circumpolaire antarctique. Les poissons qui peuplaient ces eaux ont alors dû s’adapter ou disparaître.
L’ancêtre commun des Channichthyidae a survécu en perdant son hémoglobine, en développant ses adaptations cardiovasculaires et en produisant des protéines antigel. Cette combinaison d’innovations évolutives a permis à toute la famille de coloniser un environnement où aucun autre vertébré ne peut vivre.
Pourquoi ce cas fascine les scientifiques
Les poissons des glaces intéressent les biologistes pour au moins trois raisons majeures.
D’abord, ils prouvent que l’évolution peut briser des règles supposées universelles. L’hémoglobine était considérée comme indispensable à la vie des vertébrés. Les Channichthyidae démontrent qu’une lignée peut perdre cette protéine et survivre malgré tout, à condition que l’environnement le permette.
Ensuite, ils intéressent la médecine humaine. Les protéines antigel des poissons des glaces sont étudiées pour améliorer la conservation des organes destinés à la greffe, le stockage des cellules souches, et la cryoconservation en général.
Enfin, ils servent d’avertissement écologique. L’océan Austral se réchauffe rapidement à cause du changement climatique. Des espèces parfaitement adaptées à des températures inférieures à zéro pourraient se retrouver incapables de survivre à des eaux ne serait-ce que quelques degrés plus chaudes. Leur sang très fluide, conçu pour le froid extrême, deviendrait inefficace.
Reconstituer la faune antarctique avec des figurines
Les poissons des glaces sont rarement représentés en figurines, mais l’écosystème dans lequel ils vivent peut être facilement reconstitué pour faire découvrir aux enfants la faune unique du pôle Sud. Le tube Antarctique Safari Ltd rassemble dix figurines emblématiques du continent blanc : manchot empereur, baleine bleue, orque, otarie, cachalot, albatros et bien d’autres habitants de l’océan Austral.
Pour aller plus loin, la figurine de manchot empereur Safari Ltd permet de représenter le voisin direct des poissons des glaces dans la chaîne alimentaire, puisque les manchots se nourrissent justement de petits poissons antarctiques. Vous trouverez l’ensemble de la collection sur la page figurines d’animaux polaires de LesMinis.
Pour comprendre comment d’autres lignées animales ont également suivi des chemins évolutifs hors normes, découvrez aussi notre article sur l’évolution itérative du râle d’Aldabra ou notre guide complet des animaux marins.
Sources scientifiques
Cet article s’appuie exclusivement sur des publications scientifiques peer-reviewed (à comité de lecture) :
- Sidell B.D., Vayda M.E., Small D.J., Moylan T.J., Londraville R.L., Yuan M.L., Rodnick K.J., Eppley Z.A., Costello L. (1997), « Variable expression of myoglobin among the hemoglobinless Antarctic icefishes », Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 94(7) : 3420-3424. DOI : 10.1073/pnas.94.7.3420
- Bargelloni L., Marcato S., Patarnello T. (1998), « Antarctic fish hemoglobins: Evidence for adaptive evolution at subzero temperature », Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 95(15) : 8670-8675. DOI : 10.1073/pnas.95.15.8670
- DeVries A.L., Wohlschlag D.E. (1969), « Freezing resistance in some Antarctic fishes », Science, 163(3871) : 1073-1075. Étude historique fondatrice sur les protéines antigel des poissons antarctiques.
- Chen L., DeVries A.L., Cheng C.H. (1997), « Antifreeze glycoproteins from polar fish », European Journal of Biochemistry, 247(3) : 825-835. Référence PubMed : 12653993.
Ces quatre publications proviennent de revues internationales à comité de lecture, parmi les plus reconnues en biologie et en physiologie comparée. PNAS (édité par l’Académie nationale des sciences des États-Unis) et Science (édité par l’AAAS) sont deux des journaux scientifiques les plus prestigieux au monde.