Une loutre nage sous l’eau du Detroit, Michigan Zoo (Ellen Meiselman via Flickr/Creative Commons)
Les propriétés particulières d’une protéine liant l’oxygène dans les muscles des mammifères marins, comme les phoques, les baleines et les dauphins, sont la raison pour laquelle ces animaux peuvent retenir leur souffle sous l’eau pendant de longues périodes, selon une nouvelle étude.
Plusieurs de ces mammifères plongeurs peuvent retenir leur souffle sous l’eau pendant plus d’une heure, alors que les mammifères terrestres, comme les humains, ne peuvent le faire que pendant quelques minutes tout au plus.
Les scientifiques de l’Université de Liverpool, qui ont dirigé l’étude, ont pu identifier une caractéristique moléculaire unique de la myoglobine, une protéine liant le fer et l’oxygène que l’on trouve chez les cachalots et autres mammifères plongeurs. Jusqu’à cette découverte, on savait très peu de choses sur l’adaptation de cette molécule chez les mammifères marins plongeurs.
Les chercheurs, en collaboration avec l’Université du Manitoba et l’Université d’Alaska, ont trouvé une forte concentration de myoglobine, la substance qui donne à la viande son aspect rouge, dans les muscles des mammifères plongeurs. En fait, la quantité était si élevée dans le muscle qu’il semblait presque de couleur noire.
Monachus schauinslandi (phoque moine hawaïen) sous l’eau à Five Fathom Pinnacle, Hawaï. (Kent Backman via Wikimedia Commons)
Cette découverte a permis aux scientifiques de retracer l’évolution de la façon dont les muscles de plus de 100 espèces de mammifères, y compris les restes fossiles de leurs anciens prédécesseurs, étaient capables de stocker l’oxygène.
« Nous avons étudié la charge électrique à la surface de la myoglobine et nous avons constaté qu’elle augmentait chez les mammifères qui peuvent plonger sous l’eau pendant de longues périodes », a déclaré le Dr Michael Berenbrink, de l’Université de Liverpool, qui a dirigé l’équipe internationale de scientifiques. « Nous avons été surpris lorsque nous avons vu la même signature moléculaire chez les baleines et les phoques, mais aussi chez les castors semi-aquatiques, les rats musqués et même les musaraignes aquatiques. »
La cartographie de la signature moléculaire unique de la myoglobine à travers l’arbre généalogique des mammifères a permis aux scientifiques de recréer les réserves d’oxygène musculaire présentes chez les ancêtres éteints des mammifères plongeurs actuels. L’équipe a ensuite pu trouver la première preuve d’un ancêtre amphibie commun aux vaches de mer, hyrax et éléphants modernes, qui vivait il y a 65 millions d’années dans des eaux africaines peu profondes.
Alors que les mammifères marins comme les phoques, les dauphins et les baleines peuvent rester sous l’eau pendant de longues périodes, les humains ne peuvent le faire que pendant une minute environ. (gadgetboy32 via Flickr/Creative Commons)
« Notre étude suggère que la charge électrique accrue de la myoglobine chez les mammifères qui ont de fortes concentrations de cette protéine provoque une électro-répulsion, comme les pôles similaires de deux aimants », a déclaré le Dr Scott Mirceta, membre de l’équipe de recherche. « Cela devrait empêcher les protéines de coller ensemble et permettre des concentrations beaucoup plus élevées de la myoglobine qui stocke l’oxygène dans les muscles de ces plongeurs. »
Les études des chercheurs pourraient permettre de mieux comprendre un certain nombre de maladies humaines telles que la maladie d’Alzheimer et le diabète, tout en aidant au développement de substituts artificiels du sang.
« Cette découverte illustre la force de la combinaison des approches moléculaires, physiologiques et évolutives des problèmes biologiques et, pour la première fois, nous permet de mettre de la « chair » sur les os de ces plongeurs disparus depuis longtemps », a déclaré Berenbrink.
Voir une vidéo sur cette découverte (Université de Liverpool/BBSRC)
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