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Les poissons sont-ils opposés à la chaleur extrême ?


Les animaux terrestres sont confrontés à deux sources communes de chaleur suffisamment extrêmes pour constituer un danger pour eux : la lumière du soleil et le feu.

Il va donc de soi qu'ils développeraient des systèmes de détection de la chaleur et un comportement les rendant hostiles aux niveaux extrêmes de chaleur, et la plupart des animaux terrestres l'ont effectivement fait.

Les poissons, d'autre part, vivent dans un environnement où aucune des sources de chaleur ci-dessus n'a un impact profond, et la seule source de températures élevées sous l'eau (activité géothermique, comme les volcans sous-marins) n'existe pas dans l'habitat de nombreuses espèces de poisson.

En résumé, il ne semble pas y avoir de pression pour que les poissons évoluent ou conservent une aversion pour la chaleur comme le font les animaux terrestres.

Les poissons sont-ils opposés à la chaleur extrême ?


La température affecte à peu près toutes les voies métaboliques. Les poissons sont également incités à contrôler leur température interne.

Le contrôle de la température corporelle peut être classé selon deux axes, l'un concernant la source de chaleur et l'autre l'ampleur de la variation de température. Veuillez consulter cet article pour comprendre les termes endo-, exo-, poikilo-, homéo-.

Ci-dessous une figure pour donner un aperçu général de la diversité des espèces en termes de régulation de température.

Comme vous pouvez le voir, les poissons se trouvent dans différentes parties de la figure.

Donc, oui, les poissons sont incités à contrôler leur température interne et à éviter la chaleur extrême ainsi que le froid extrême.


Les poissons peuvent s'adapter à des eaux océaniques plus chaudes, mais pas nécessairement à une chaleur extrême

Les sols en plastique et les plafonds en béton définissent les limites métaboliques d'un poisson en matière de changement climatique.

Université norvégienne des sciences et de la technologie

IMAGE: L'enceinte Biotest est un écosystème côtier unique qui maintient des fluctuations thermiques naturelles mais a été réchauffé de 5 à 10 degrés C par une centrale nucléaire pendant plus de trois ans. Voir plus

Les poissons peuvent s'adapter à des températures océaniques plus chaudes, mais les vagues de chaleur peuvent toujours les tuer, rapporte une équipe de chercheurs de Suède, de Norvège et d'Australie dans un article publié cette semaine dans Communication Nature.

"Une espèce peut s'adapter et bien grandir (dans des eaux plus chaudes), mais une fois que vous avez de fortes vagues de chaleur, la température de l'eau peut atteindre des températures mortelles et les tuer", a déclaré Fredrik Jutfelt, professeur agrégé de biologie à l'Université norvégienne des sciences et de la technologie. qui était l'auteur principal de l'étude.

Jutfelt et ses collègues ont étudié la perche européenne qui vit dans un bassin fermé unique d'eau chaude au large de la côte suédoise. Le bassin artificiel, appelé Forsmark Biotest Enclosure, a été créé il y a trois décennies en tant que laboratoire en plein air de 1 km2 en acheminant de l'eau chaude de la centrale nucléaire voisine de Forsmark dans un bassin fermé.

Le résultat est une eau qui est entre cinq et 10 degrés C plus chaude que la mer Baltique environnante, mais qui connaît par ailleurs des fluctuations naturelles quotidiennes et saisonnières. Il offre aux chercheurs une sorte de boule de cristal sur ce qui peut arriver aux poissons dans un monde plus chaud.

"C'est un modèle fantastique pour étudier les effets du changement climatique", a déclaré Jutfelt. "C'est tout un écosystème naturel qui connaît un réchauffement à long terme."

Dans des expériences menées en 2012 et 2013, les chercheurs ont comparé la perche Biotest à la perche européenne en plaçant des perches de l'extérieur de l'enceinte dans des réservoirs remplis d'eau chaude provenant de l'enceinte l pour voir comment leurs taux métaboliques ont changé.

Les chercheurs ont découvert que le métabolisme au repos des poissons Biotest était inférieur à celui de la perche de l'extérieur de l'enceinte, ce qui montrait que les poissons Biotest avaient pu ajuster leur métabolisme aux températures globales plus élevées dans le bassin au fil du temps.

"Lorsque nous avons réchauffé rapidement la perche de référence, leur taux métabolique au repos a considérablement augmenté, alors que les taux métaboliques au repos des poissons du Biotest étaient nettement inférieurs à la même température", a déclaré Timothy Clark, chercheur principal à l'Université de Tasmanie en Australie. qui faisait partie de l'équipe de recherche.

Les chercheurs ont décrit cette adaptation métabolique comme un "plancher en plastique", ce qui signifie qu'il y avait une certaine flexibilité dans la façon dont les poissons Biotest avaient ajusté leur métabolisme au repos aux températures plus chaudes.

Mais les poissons qui habitaient l'enceinte du Biotest n'ont pas été en mesure de faire le même type de changement dans leur capacité à tolérer les températures extrêmes, ont découvert les chercheurs.

Par exemple, les perches vivant dans la Baltique à l'extérieur de l'enceinte du Biotest ont pu survivre à des températures jusqu'à 10 degrés Celsius plus élevées que les températures de l'eau auxquelles elles étaient habituées pendant l'été.

Les poissons à l'intérieur de l'enceinte Biotest, bien qu'adaptés à des eaux beaucoup plus chaudes que les poissons de la Baltique, n'ont pu survivre qu'à des températures supérieures de 4,6 degrés Celsius à celles des eaux dans lesquelles ils étaient habitués à vivre pendant l'été. Les chercheurs ont appelé ce phénomène un "plafond de béton", car les poissons de l'enclos Biotest étaient incapables de tolérer une température maximale beaucoup plus élevée que leurs frères baltes vivants en liberté.

"Même si le poisson (Biotest) était là depuis au moins toute sa vie, sinon depuis des générations, il y avait très peu de changement dans la température mortelle" que le poisson pouvait tolérer, a déclaré Jutfelt. "Ils ont presque complètement ajusté leur physiologie au repos aux températures plus élevées. Mais il y a eu très peu d'ajustement dans leur tolérance aux températures mortelles."

En d'autres termes, a déclaré Jutfelt, les poissons vivent très près de leur limite létale.

"Ils ont une très petite marge de sécurité par rapport à leur température mortelle", a-t-il déclaré.

Maillon faible dans l'adaptation physiologique

Jutfelt a déclaré que cette capacité limitée à s'adapter à des températures mortelles maximales plus élevées était un "maillon faible" potentiel dans la capacité des poissons à s'adapter au changement climatique.

"Plutôt que d'avoir des problèmes avec leurs taux de croissance et leur vie quotidienne normale, le vrai problème sera les courtes périodes de chaleur", a-t-il déclaré.

Si cette découverte est vraie pour d'autres espèces de poissons, a-t-il déclaré, alors les poissons vivant dans les lacs du nord ou dans l'océan peuvent sembler en bonne santé même si la température de l'eau augmente. Mais si les eaux se réchauffent trop, à cause d'une forte vague de chaleur, les populations de poissons apparemment bien adaptées pourraient mourir, a-t-il déclaré.

"Nous pensons que cela pourrait être important chez les poissons (dans l'ensemble), le fait qu'ils pourraient ne pas être en mesure d'ajuster leur tolérance aux niveaux maximum", a-t-il déclaré. "Nous pensons que cela pourrait être le goulot d'étranglement pour la survie."

Le premier auteur, Erik Sandblom, du département des sciences biologiques et environnementales de l'Université de Göteborg, était d'accord.

"Dans un avenir avec un climat plus chaud et des conditions météorologiques plus extrêmes, il sera plus difficile pour les poissons de survivre", a-t-il déclaré.

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Les poissons peuvent s'adapter à des eaux océaniques plus chaudes, mais pas nécessairement à une chaleur extrême

Depuis plus de 30 ans, les eaux de refroidissement de deux réacteurs nucléaires de la côte suédoise sont pompées dans une enceinte artificielle en mer Baltique, faisant monter la température moyenne de l'eau de 5 à 10 degrés C. Les chercheurs peuvent utiliser cette enceinte, appelé la piscine Biotest, pour étudier les effets des températures plus chaudes sur les poissons. Crédit : Fredrik Jutfelt, NTNU

Les poissons peuvent s'adapter à des températures océaniques plus chaudes, mais les vagues de chaleur peuvent toujours les tuer, rapporte une équipe de chercheurs de Suède, de Norvège et d'Australie dans un article publié cette semaine dans Communication Nature.

"Une espèce peut s'adapter et bien grandir (dans des eaux plus chaudes), mais une fois que vous avez de fortes vagues de chaleur, la température de l'eau peut atteindre des températures mortelles et les tuer", a déclaré Fredrik Jutfelt, professeur agrégé de biologie à l'Université norvégienne des sciences et de la technologie. qui était l'auteur principal de l'étude.

Jutfelt et ses collègues ont étudié la perche européenne qui vit dans un bassin fermé unique d'eau chaude au large de la côte suédoise. Le bassin artificiel, appelé Forsmark Biotest Enclosure, a été créé il y a trois décennies en tant que laboratoire en plein air de 1 km2 en acheminant de l'eau chaude de la centrale nucléaire voisine de Forsmark dans un bassin fermé.

Le résultat est une eau qui est entre cinq et 10 degrés C plus chaude que la mer Baltique environnante, mais qui connaît par ailleurs des fluctuations naturelles quotidiennes et saisonnières. Il offre aux chercheurs une sorte de boule de cristal sur ce qui peut arriver aux poissons dans un monde plus chaud.

"C'est un modèle fantastique pour étudier les effets du changement climatique", a déclaré Jutfelt. "C'est tout un écosystème naturel qui connaît un réchauffement à long terme."

Dans des expériences menées en 2012 et 2013, les chercheurs ont comparé la perche Biotest à la perche européenne en plaçant des perches de l'extérieur de l'enceinte dans des réservoirs remplis d'eau chaude provenant de l'enceinte l pour voir comment leurs taux métaboliques ont changé.

Le métabolisme au repos du poisson Biotest était inférieur à celui de la perche de l'extérieur de l'enceinte, ont découvert les chercheurs, ce qui a montré que les poissons Biotest avaient pu ajuster leur métabolisme aux températures globales plus élevées dans le bassin au fil du temps.

L'enceinte Biotest est un écosystème côtier unique qui maintient des fluctuations thermiques naturelles mais a été réchauffé de 5 à 10 degrés C par une centrale nucléaire pendant plus de trois décennies. Crédit : Göran Hansson

"Lorsque nous avons réchauffé rapidement la perche de référence, leur taux métabolique au repos a considérablement augmenté, alors que les taux métaboliques au repos des poissons du Biotest étaient nettement inférieurs à la même température", a déclaré Timothy Clark, chercheur principal à l'Université de Tasmanie en Australie. qui faisait partie de l'équipe de recherche.

Les chercheurs ont décrit cette adaptation métabolique comme un "plancher en plastique", ce qui signifie qu'il y avait une certaine flexibilité dans la façon dont les poissons Biotest avaient ajusté leur métabolisme au repos aux températures plus chaudes.

. mais des plafonds en béton

Mais les poissons qui habitaient l'enceinte du Biotest n'ont pas été en mesure de faire le même type de changement dans leur capacité à tolérer les températures extrêmes, ont découvert les chercheurs.

Par exemple, les perches vivant dans la Baltique à l'extérieur de l'enceinte du Biotest ont pu survivre à des températures jusqu'à 10 degrés Celsius plus élevées que les températures de l'eau auxquelles elles étaient habituées pendant l'été.

Les poissons à l'intérieur de l'enceinte Biotest, bien qu'adaptés à des eaux beaucoup plus chaudes que les poissons de la Baltique, n'ont pu survivre qu'à des températures supérieures de 4,6 degrés Celsius à celles des eaux dans lesquelles ils étaient habitués à vivre pendant l'été. Les chercheurs ont appelé ce phénomène un "plafond de béton", car les poissons de l'enclos Biotest étaient incapables de tolérer une température maximale beaucoup plus élevée que leurs frères baltes vivants en liberté.

"Même si le poisson (Biotest) était là depuis au moins toute sa vie, sinon depuis des générations, il y avait très peu de changement dans la température mortelle" que le poisson pouvait tolérer, a déclaré Jutfelt. "Ils ont presque complètement ajusté leur physiologie au repos aux températures plus élevées. Mais il y a eu très peu d'ajustement dans leur tolérance aux températures mortelles."

En d'autres termes, a déclaré Jutfelt, les poissons vivent très près de leur limite létale.

Les chercheurs ont pu utiliser la perche européenne (Perca fluviatilis) qui vivait à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de la piscine Biotest sur la côte suédoise de la mer Baltique. Les perches vivaient dans des environnements presque identiques, sauf que la température de l'eau dans la piscine Biotest était de 5 à 10 degrés Celsius plus élevée que celle de la Baltique. Crédit : Fredrik Jutfelt, NTNU

"Ils ont une très petite marge de sécurité par rapport à leur température mortelle", a-t-il déclaré.

Maillon faible dans l'adaptation physiologique

Jutfelt a déclaré que cette capacité limitée à s'adapter à des températures mortelles maximales plus élevées était un "maillon faible" potentiel dans la capacité des poissons à s'adapter au changement climatique.

"Plutôt que d'avoir des problèmes avec leurs taux de croissance et leur vie quotidienne normale, le vrai problème sera les courtes périodes de chaleur", a-t-il déclaré.

Si cette découverte est vraie pour d'autres espèces de poissons, a-t-il déclaré, alors les poissons vivant dans les lacs du nord ou dans l'océan peuvent sembler en bonne santé même si la température de l'eau augmente. Mais si les eaux se réchauffent trop, à cause d'une forte vague de chaleur, les populations de poissons apparemment bien adaptées pourraient mourir, a-t-il déclaré.

"Nous pensons que cela pourrait être important chez les poissons (dans l'ensemble), le fait qu'ils pourraient ne pas être en mesure d'ajuster leur tolérance aux niveaux maximum", a-t-il déclaré. "Nous pensons que cela pourrait être le goulot d'étranglement pour la survie."

Le premier auteur, Erik Sandblom, du département des sciences biologiques et environnementales de l'Université de Göteborg, était d'accord.

"Dans un avenir avec un climat plus chaud et des conditions météorologiques plus extrêmes, il sera plus difficile pour les poissons de survivre", a-t-il déclaré.


…mais des plafonds en béton

Mais les poissons qui habitaient l'enceinte du Biotest n'ont pas pu faire le même type de changement dans leur capacité à tolérer les températures extrêmes, ont découvert les chercheurs.

Fredrik Jutfelt attache des capteurs à un perchoir afin que les chercheurs puissent mesurer son taux métabolique. Photo : Erik Sandblom AFFICHER PLUS

Par exemple, les perches vivant dans la Baltique à l'extérieur de l'enceinte du Biotest ont pu survivre à des températures jusqu'à 10 degrés Celsius plus élevées que les températures de l'eau auxquelles elles étaient habituées pendant les mois d'été.

Les poissons à l'intérieur de l'enceinte Biotest, bien qu'adaptés à des eaux beaucoup plus chaudes que les poissons de la Baltique, n'ont pu survivre qu'à des températures supérieures de 4,6 degrés Celsius à celles des eaux dans lesquelles ils étaient habitués à vivre pendant l'été. Les chercheurs ont appelé ce phénomène un "plafond de béton", car les poissons enclos du Biotest étaient incapables de tolérer une température maximale beaucoup plus élevée que leurs frères baltes vivants en liberté.

"Même si le poisson (Biotest) était là depuis au moins toute sa vie, sinon depuis des générations, il y avait très peu de changement dans la température mortelle" que le poisson pouvait tolérer, a déclaré Jutfelt. « Ils ont presque complètement ajusté leur physiologie au repos aux températures plus élevées. Mais il y a eu très peu d'ajustement dans leur tolérance aux températures mortelles.

Comment mesurer le taux métabolique d'un poisson ? Avec de très petits capteurs. Photo : Fredrik Jutfelt AFFICHER PLUS

En d'autres termes, a déclaré Jutfelt, les poissons vivent très près de leur limite létale.

"Ils ont une très petite marge de sécurité par rapport à leur température mortelle", a-t-il déclaré.


Remerciements

Nous remercions le département de zoologie de l'Université du Wisconsin, le département des ressources naturelles du Wisconsin et le département de biologie du Reed College. À. a été soutenu par une bourse de recherche post-baccalauréat Reed College Stafford. A.L.R. a été partiellement soutenu par le P.B. Moyle and California Trout Endowment pour la recherche sur les poissons d'eau froide. L. Winslow a fourni l'accès aux données thermiques modélisées. K. Bott a fourni le support informatique. A. Siepielski et T. Layden ont fourni des commentaires utiles sur les versions antérieures du manuscrit.


Des milliers de poissons meurent alors que les ruisseaux américains se réchauffent

(AP) — Des milliers de poissons meurent dans le centre des États-Unis alors que l'été chaud et sec assèche les rivières et fait grimper la température de l'eau à certains endroits jusqu'à près de 100 degrés Fahrenheit (38 Celsius).

Environ 40 000 esturgeons à nez plat ont été tués dans l'Iowa la semaine dernière alors que la température de l'eau atteignait 97 degrés Fahrenheit (36,1 Celsius). Les responsables des pêches du Nebraska ont déclaré avoir vu des milliers d'esturgeons, de poissons-chats, de carpes et d'autres espèces morts dans la rivière Lower Platte, y compris l'esturgeon pâle en voie de disparition. Et des biologistes de l'Illinois ont déclaré que le temps chaud avait tué des dizaines de milliers d'achigans à grande et petite bouche et de poissons-chats et menaçait la population du grand chevalier, une espèce menacée par l'État.

Tant de poissons sont morts dans un lac de l'Illinois que les carcasses ont obstrué un écran d'admission près d'une centrale électrique, abaissant les niveaux d'eau au point que la station a dû arrêter l'un de ses générateurs.

"C'est quelque chose que je n'ai jamais vu dans ma carrière, et je suis ici depuis plus de 17 ans", a déclaré Mark Flammang, biologiste des pêches au département des ressources naturelles de l'Iowa. "Je pense que nous sommes principalement confrontés ici aux débits extrêmement faibles et à cette chaleur sans précédent."

Les poissons sont victimes de l'un des étés les plus secs et les plus chauds de l'histoire. Le Drought Monitor fédéral américain montre que près des deux tiers des 48 États inférieurs connaissent une forme de sécheresse, et le ministère de l'Agriculture a déclaré plus de la moitié des comtés du pays - près de 1 600 dans 32 États - comme catastrophe naturelle. domaines. Plus de 3 000 records de chaleur ont été battus au cours du dernier mois.

Les responsables du MRN de l'Iowa ont déclaré que les esturgeons retrouvés morts dans la rivière Des Moines valaient près de 10 millions de dollars, une valeur élevée basée en partie sur leurs œufs très recherchés, qui sont utilisés pour le caviar. Les poissons sont évalués à plus de 110 $ la livre.

Gavin Gibbons, porte-parole du National Fisheries Institute, a déclaré que les tueries d'esturgeons ne semblent pas avoir suffisamment réduit l'offre pour nuire aux fournisseurs régionaux de caviar.

Flammang a déclaré que les pluies du week-end avaient amélioré certaines des rivières et des lacs de l'Iowa, mais que les températures augmentaient à nouveau et mettaient à rude épreuve une population d'esturgeons qui développe des problèmes de santé lorsque la température de l'eau atteint les années 80.

"Ces poissons sont dans ces rivières depuis des milliers de milliers d'années, et ils sont habitués à toutes sortes de conditions météorologiques", a-t-il déclaré. "Mais parfois, vous avez des conditions qui sortent de leur domaine de tolérance."

Dans l'Illinois, la chaleur et le manque de pluie ont asséché une grande partie du ruisseau Aux Sable, le plus grand habitat de l'État pour le grand chevalier en voie de disparition, un gros poisson se nourrissant de fond, a déclaré Dan Stephenson, biologiste au ministère des Ressources naturelles de l'Illinois.

"Nous parlons de centaines de milliers (tués), peut-être de millions maintenant", a déclaré Stephenson. "Si vous ne parlez que du poisson gibier, c'est probablement par milliers. Mais pour tous les poissons, c'est probablement par millions si vous regardez dans tout l'État."

Stephenson a déclaré que les poissons tués se produisent la plupart des étés dans de petits étangs et ruisseaux privés, mais le temps chaud de cette année a aggravé la situation.

"Cette année a été vraiment, vraiment mauvaise et disproportionnellement mauvaise, par rapport à nos autres années", a-t-il déclaré.

Stephenson a déclaré qu'un grand nombre de poissons morts avaient été aspirés dans un tamis d'admission près du lac Powerton dans le centre de l'Illinois, abaissant les niveaux d'eau et forçant un arrêt temporaire dans une centrale électrique voisine. Un porte-parole d'Edison International, qui gère la centrale au charbon, a déclaré que les travailleurs avaient fermé l'un de ses deux générateurs pendant plusieurs heures il y a deux semaines en raison de la chaleur extrême et des faibles niveaux d'eau du lac, qui est utilisé pour le refroidissement.

Dans le Nebraska, un tronçon de la rivière Platte de Kearney dans la partie centrale de l'État à Columbus dans l'est s'est asséché et a tué un "nombre important" d'esturgeons, de poissons-chats et de ménés, a déclaré le directeur du programme de pêche Daryl Bauer. Bauer a déclaré que l'eau chaude et peu profonde a également tué un nombre inconnu d'esturgeons pâles en voie de disparition.

"C'est beaucoup de kilomètres de rivière et beaucoup de poissons", a déclaré Bauer. "La plupart de ces poissons sont à peine identifiables. Dans cette chaleur, ils se décomposent très rapidement."

Bauer a déclaré qu'une seule année sèche n'est généralement pas suffisante pour nuire à la population de poissons. Mais il craint que les conditions sèches au Nebraska ne se poursuivent, répétant une période au milieu des années 2000 qui a affaibli les populations de poissons.

Le Kansas a également connu une baisse des niveaux d'eau qui a éloigné les jeunes et plus petits poissons des rives riches en végétation et les a forcés à se regrouper, ce qui en fait des cibles plus faciles pour les prédateurs, a déclaré le chef des pêches Doug Nygren du Département de la faune, des parcs et du tourisme.

Nygren a déclaré qu'il s'attend à une baisse des populations de dorés adultes dans les lacs moins profonds et balayés par le vent de l'État du sud du Kansas. Mais il a déclaré que d'autres espèces, telles que l'achigan à grande bouche, peuvent tolérer la chaleur et se multiplier plus rapidement sans concurrence du doré jaune.

"Ces deux dernières années sont les plus chaudes que nous ayons jamais vues", a déclaré Nygren. "Cela peut vraiment jouer un rôle dans l'évolution des populations, en le déplaçant en faveur de certaines espèces par rapport à d'autres. Le doré jaune ne bénéficiera pas de ces températures d'eau élevées, mais d'autres espèces plus tolérantes pourraient profiter de leur population en déclin. "

Geno Adams, administrateur du programme de pêche dans le Dakota du Sud, a déclaré qu'il y avait eu des rapports de mortalités isolées de poissons dans ses lacs artificiels sur la rivière Missouri et d'autres dans la partie orientale de l'État. Mais on ne sait pas quel rôle la chaleur a joué dans les décès.

Un grand lot de carpes à Lewis et Clark Lake, dans le coin sud-est de l'État, présentait des lésions, signe qu'elles souffraient d'une infection bactérienne. Adams a déclaré que les poissons sont plus sujets aux maladies avec de faibles niveaux d'eau et une chaleur extrême. Mais il a ajouté que d'autres habitats du poisson ont connu un nombre record cette année grâce aux inondations de 2011.

"Lorsque nous sommes en période de sécheresse, il y a une lutte pour l'eau et cela va dans toutes les directions", a déclaré Adams. "Le garder dans le réservoir pour la pêche récréative n'est pas en haut de la liste des priorités."

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Les protéines rares s'effondrent plus tôt

Casser un œuf, le laisser glisser dans une poêle chaude et presque aussitôt le blanc d'œuf transparent et glissant devient blanc et ferme. Ce que vous observez avec désinvolture lorsque vous faites frire un œuf est un phénomène biochimique important appelé dénaturation des protéines.

Les protéines sont produites dans les cellules sous forme de molécules filiformes, qui se regroupent ensuite en une structure spécifique aux protéines : certaines sont sphériques, d'autres tubulaires. Ces structures se désintègrent lors de la dénaturation, les protéines redeviennent filiformes et perdent par conséquent leur fonction.

Dénaturation d'un seul coup ?

Des recherches antérieures basées sur l'analyse informatique ont supposé qu'une grande partie des protéines d'une cellule se dénaturent lorsque la plage de température étroite dans laquelle les protéines fonctionnent de manière optimale est dépassée. Pour la bactérie intestinale E. coli, la température optimale est d'environ 37°C au-dessus de 46°C et les bactéries meurent parce que les structures protéiques s'effondrent.

Cette hypothèse de base est maintenant renversée par une équipe de chercheurs dirigée par Paola Picotti, professeure adjointe de biochimie à l'ETH Zurich. Dans une étude qui vient d'être publiée dans la revue Science, les chercheurs montrent que seule une petite fraction des protéines clés se dénaturent en même temps lorsqu'un seuil de température critique est atteint.

Dans leur étude - la plus complète jamais réalisée sur ce sujet - ils ont examiné et comparé l'intégralité de toutes les protéines, le protéome, de quatre organismes à différentes températures. Les chercheurs ont exposé la bactérie intestinale E. coli, les cellules humaines, les cellules de levure et la bactérie résistante à la chaleur T. thermophilus à des températures progressivement croissantes jusqu'à 76°C. Après chaque augmentation de température, les scientifiques ont mesuré les protéines présentes dans les cellules et déterminé leurs caractéristiques structurelles. Au total, les chercheurs ont analysé 8 000 protéines.

Les composants clés s'effondrent en premier

"Grâce à ces recherches, nous pouvons maintenant montrer que seules quelques protéines s'effondrent à la température à laquelle la bactérie meurt", explique Picotti. "Nous n'avons pas pu confirmer la prédiction selon laquelle la majorité des protéines d'un organisme se dénaturent en même temps."

Environ 80 des protéines examinées se sont effondrées dès que la température a dépassé de quelques degrés l'optimum spécifique à l'espèce. Bien qu'elles ne constituent qu'une petite fraction des protéines d'une cellule, cela s'avère fatal pour la cellule puisque certains de ces types de protéines ont des fonctions vitales ou sont des composants clés d'un grand réseau protéique. "Dès que ces composants clés échouent, la cellule ne peut pas continuer à fonctionner", explique Picotti.

La flexibilité peut rendre l'instabilité

Que les composants clés d'un système biologique soient sensibles à la chaleur semblerait à première vue être un problème évolutif. Cependant, ces protéines sont souvent instables en raison de leur flexibilité, ce qui leur permet d'effectuer des tâches variables dans la cellule, explique le biochimiste. « La flexibilité et la stabilité peuvent s'exclure mutuellement. La cellule doit faire un compromis. »

Les chercheurs montrent également que les protéines les plus stables et les moins sujettes aux replis aberrants ou pathologiques sont aussi les plus fréquentes dans les cellules. Du point de vue de la cellule, cela a le plus de sens. S'il était inversé et que les protéines les plus courantes se repliaient le plus rapidement, la cellule devrait investir beaucoup d'énergie dans leur reconstruction ou leur élimination. Pour cette raison, les cellules garantissent que les protéines communes sont plus stables que les rares.

Mais pourquoi sont T. thermophilus bactéries non affectées même par des températures de plus de 70°C? Selon les chercheurs, ces cellules stabiliseraient préférentiellement les protéines les plus sensibles à la chaleur et fonctionnellement cruciales, comme par le biais de séquences protéiques adaptées.

Bactéries tolérantes à la chaleur pour les procédés industriels

Les découvertes de Picotti pourraient être utilisées pour aider à modifier génétiquement des organismes pour qu'ils résistent à des températures plus élevées. Aujourd'hui, certains produits chimiques, comme l'éthanol, sont produits de manière biotechnologique à l'aide de bactéries. Mais ces bactéries ne fonctionnent souvent que dans une fenêtre de température étroite, ce qui limite le rendement. Si la production pouvait se poursuivre à des températures plus élevées, le rendement pourrait être optimisé sans endommager les bactéries.

Les chercheurs ont également trouvé des preuves que certaines protéines dénaturées ont tendance à s'agglomérer à nouveau à des températures encore plus élevées et à former des agrégats. Dans les cellules humaines, Picotti et ses collègues ont découvert que la protéine DNMT1 se dénature d'abord avec l'augmentation de la chaleur et s'agrège ensuite avec d'autres du même genre. Ces protéines et d'autres ayant des propriétés similaires sont associées à des troubles neurologiques, tels que la maladie d'Alzheimer ou la maladie de Parkinson.

Première étude complète de stabilité

Cette étude est la première à étudier la stabilité thermique des protéines de plusieurs organismes à grande échelle directement dans la matrice cellulaire complexe. Les protéines n'ont été ni isolées du liquide cellulaire ni purifiées pour effectuer les mesures. Pour leur étude, les chercheurs ont ouvert les cellules puis mesuré la stabilité de toutes les protéines directement dans le liquide cellulaire à différentes températures.


Les poissons peuvent s'adapter à des eaux océaniques plus chaudes, mais pas nécessairement à une chaleur extrême

Les sols en plastique et les plafonds en béton définissent les limites métaboliques d'un poisson en matière de changement climatique.

Université norvégienne des sciences et de la technologie

IMAGE: L'enceinte Biotest est un écosystème côtier unique qui maintient des fluctuations thermiques naturelles mais a été réchauffé de 5 à 10 degrés C par une centrale nucléaire pendant plus de trois ans. Voir plus

Les poissons peuvent s'adapter à des températures océaniques plus chaudes, mais les vagues de chaleur peuvent toujours les tuer, rapporte une équipe de chercheurs de Suède, de Norvège et d'Australie dans un article publié cette semaine dans Communication Nature.

"Une espèce peut s'adapter et bien grandir (dans des eaux plus chaudes), mais une fois que vous avez de fortes vagues de chaleur, la température de l'eau peut atteindre des températures mortelles et les tuer", a déclaré Fredrik Jutfelt, professeur agrégé de biologie à l'Université norvégienne des sciences et de la technologie. qui était l'auteur principal de l'étude.

Jutfelt et ses collègues ont étudié la perche européenne qui vit dans un bassin fermé unique d'eau chaude au large de la côte suédoise. Le bassin artificiel, appelé Forsmark Biotest Enclosure, a été créé il y a trois décennies en tant que laboratoire en plein air de 1 km2 en acheminant de l'eau chaude de la centrale nucléaire voisine de Forsmark dans un bassin fermé.

Le résultat est une eau qui est entre cinq et 10 degrés C plus chaude que la mer Baltique environnante, mais qui connaît par ailleurs des fluctuations naturelles quotidiennes et saisonnières. Il offre aux chercheurs une sorte de boule de cristal sur ce qui peut arriver aux poissons dans un monde plus chaud.

"C'est un modèle fantastique pour étudier les effets du changement climatique", a déclaré Jutfelt. "C'est tout un écosystème naturel qui connaît un réchauffement à long terme."

Dans des expériences menées en 2012 et 2013, les chercheurs ont comparé la perche Biotest à la perche européenne en plaçant des perches de l'extérieur de l'enceinte dans des réservoirs remplis d'eau chaude de l'enceinte l pour voir comment leurs taux métaboliques ont changé.

Le métabolisme au repos du poisson Biotest était inférieur à celui de la perche de l'extérieur de l'enceinte, ont découvert les chercheurs, ce qui a montré que les poissons Biotest avaient pu ajuster leur métabolisme aux températures globales plus élevées dans le bassin au fil du temps.

"Lorsque nous avons réchauffé rapidement la perche de référence, leur taux métabolique au repos a considérablement augmenté, alors que les taux métaboliques au repos des poissons du Biotest étaient nettement inférieurs à la même température", a déclaré Timothy Clark, chercheur principal à l'Université de Tasmanie en Australie. qui faisait partie de l'équipe de recherche.

Les chercheurs ont décrit cette adaptation métabolique comme un "plancher en plastique", ce qui signifie qu'il y avait une certaine flexibilité dans la manière dont les poissons du Biotest avaient ajusté leur métabolisme au repos aux températures plus chaudes.

Mais les poissons qui habitaient l'enceinte du Biotest n'ont pas été en mesure de faire le même type de changement dans leur capacité à tolérer les températures extrêmes, ont découvert les chercheurs.

Par exemple, les perches vivant dans la Baltique à l'extérieur de l'enceinte du Biotest ont pu survivre à des températures jusqu'à 10 degrés Celsius plus élevées que les températures de l'eau auxquelles elles étaient habituées pendant l'été.

Les poissons à l'intérieur de l'enceinte Biotest, bien qu'adaptés à des eaux beaucoup plus chaudes que les poissons de la Baltique, n'ont pu survivre qu'à des températures supérieures de 4,6 degrés Celsius à celles des eaux dans lesquelles ils étaient habitués à vivre pendant l'été. Les chercheurs ont appelé ce phénomène un "plafond de béton", car les poissons de l'enclos Biotest étaient incapables de tolérer une température maximale beaucoup plus élevée que leurs frères baltes vivants en liberté.

"Même si le poisson (Biotest) était là depuis au moins toute sa vie, sinon depuis des générations, il y avait très peu de changement dans la température mortelle" que le poisson pouvait tolérer, a déclaré Jutfelt. "Ils ont presque complètement ajusté leur physiologie au repos aux températures plus élevées. Mais il y a eu très peu d'ajustement dans leur tolérance aux températures mortelles."

En d'autres termes, a déclaré Jutfelt, les poissons vivent très près de leur limite létale.

"Ils ont une très petite marge de sécurité par rapport à leur température mortelle", a-t-il déclaré.

Maillon faible dans l'adaptation physiologique

Jutfelt a déclaré que cette capacité limitée à s'adapter à des températures mortelles maximales plus élevées était un "maillon faible" potentiel dans la capacité des poissons à s'adapter au changement climatique.

"Plutôt que d'avoir des problèmes avec leurs taux de croissance et leur vie quotidienne normale, le vrai problème sera les courtes périodes de chaleur", a-t-il déclaré.

Si cette découverte est vraie pour d'autres espèces de poissons, a-t-il déclaré, alors les poissons vivant dans les lacs du nord ou dans l'océan peuvent sembler en bonne santé même si la température de l'eau augmente. Mais si les eaux se réchauffent trop, à cause d'une forte vague de chaleur, les populations de poissons apparemment bien adaptées pourraient mourir, a-t-il déclaré.

"Nous pensons que cela pourrait être important chez les poissons (dans l'ensemble), le fait qu'ils pourraient ne pas être en mesure d'ajuster leur tolérance aux niveaux maximum", a-t-il déclaré. "Nous pensons que cela pourrait être le goulot d'étranglement pour la survie."

Le premier auteur, Erik Sandblom, du département des sciences biologiques et environnementales de l'Université de Göteborg, était d'accord.

"Dans un avenir avec un climat plus chaud et des conditions météorologiques plus extrêmes, il sera plus difficile pour les poissons de survivre", a-t-il déclaré.

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Le poisson chaud atteint les plafonds de température en béton

Heat waves pose a significant threat to coral reefs, kelp forests and seagrass beds. (Pixabay/Frédéric Ducarme/Wiki Commons)

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What are ocean heat waves? They are defined as periods of extreme temperatures lasting five days or more. They have become increasingly common in recent decades.
The Earth&rsquos number of annual ocean heat wave days spiked by around 54 percent. That was between 1987 and 2016. That's according to a study published in Nature Climate Change. Abnormally high temperatures are occurring more frequently. They also lasting for longer periods of time.

Underwater heat waves pose a massive threat to marine ecosystems. That's according Damian Carrington explaining for the Guardian. The ecosystems are already at risk due to several issues. These include overfishing and rampant plastic pollution.

Extreme temperatures exact damage on foundational organisms. These include kelp forests and seagrass meadows. It also includes coral reefs. These framework species provide shelter and food. This is for many other ocean creatures. The temperatures sweep through oceans much like wildfires blaze through forests on land. Such destruction will likely have cascading consequences for marine biodiversity. The study&rsquos authors make this warning.


Researchers were led by Daniel Smale. He is an ecologist. He belongs to Great Britain&rsquos Marine Biological Association. He turned to 116 previously published academic studies to assess the effects of ocean heat waves. The papers yielded data from more than 1,000 ecological records. This enabled the team to hone in on multiple recorded instances of unusually high temperatures.


The scientists identified regions and species deemed most vulnerable to temperature surges. They reflected on eight specific heat waves.

Which areas topped the list? The Pacific and Atlantic Oceans. And also the Indian Ocean. More places emerged as particular concerns. These included the Caribbean&rsquos coral reefs and Australia&rsquos seagrass. It also included California&rsquos kelp forests. That's according to Mary Papenfuss writing for the Huffington Post.

In terms of species, the team notes that stationary plants and animals were the hardest hit. That's according to the Pacific Standard&rsquos Kate Wheeling. Tropical fish and mobile invertebrates were able to cope with the heat. They did so by moving to different habitats.

The researchers actually observed heightened levels of fish diversity during periods of above-average temperatures. This is likely due to the animals&rsquo mass migration toward friendlier waters. The same trend did not prove true for sea-dwelling birds. Shifting habitats limited the avian creatures&rsquo access to prey. That's according to John Timmer reporting for Ars Technica.

Marine heat waves are triggered by heat from the sun and shifting warm currents. That's according to Reuters&rsquo Alister Doyle. Wheeling explained it further. Because the phenomenon is measured relative to average ocean temperature, it can occur in any region at any point during the year. El Nin?o is a regularly occurring climate pattern. It makes the waters of the central and eastern Pacific warmer than normal. It appears to exacerbate incidents of extreme heat. But heat waves can (and do) occur without the presence of El Nin?o. That's according to The New York Times&rsquo Kendra Pierre-Louis and Nadja Popovich.

Pierre-Louis and Popovich explain that damage to ocean habitats will also affect humans who rely on fishing and fish farming. But the researchers&rsquo findings are most consequential for marine ecosystems.

&ldquoCertainly there&rsquos going to be changes with climate change to marine communities. But still the sun is going to shine. Plankton is going to grow. Things are going to eat that plankton. So it's not like the oceans are going to become the dead sea." That's according to Nick Bond talking to the Pacific Standard. He is a climatologist at the University of Washington. He was not involved in the study.

&ldquoIt's just that, as a consequence of what we're doing to the oceans, there's going to be different marine communities in different places than what we're used to,&rdquo Bond concludes. &ldquoObviously that is a problem because we're sort of set up for what the climate is now rather than what it is going to be in the future."


Warming, Overfishing, Plastic Pollution Destroying Ocean Life: Scientists

A coral reef off the coast of Florida/Credit: PMC 1stPix

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The state of the oceans can best be likened to a case of multiple organ failure in urgent need of intervention, suggests the most comprehensive analysis yet of the world’s marine ecosystems.

Global warming, overfishing and plastic pollution are wreaking havoc at an unprecedented rate on marine life, reported scientists at a recent meeting of the International Program on the State of the Ocean (IPSO).

The impacts of climate change — acidifying oceans, coral bleaching and habitat loss — are the biggest cause of decline in ocean health, and the hardest to solve, some researchers told SolveClimate News in interviews.

Global warming will “swamp everything,” said Tony Pitcher, a professor of fisheries from the University of British Columbia who attended the meeting. “The effects are all around … If we don’t do something quickly, the oceans in 50 years won’t look like they do today.”

The workshop brought together 27 scientists from six countries and represents the first time in at least a decade when experts from separate fields — geochemists, geophysicists, pollution experts, fishery biologists and climate change scientists — gathered to share their assessment of the oceans.

“These people don’t usually talk to each other very much so getting them together … was quite a special occasion,” said Pitcher.

But the scene was far from celebratory. “In each kind of science, the experts were reporting that somewhere in the world the worst-case scenario was already present,” he told SolveClimate News.

The Next Great Extinction

Climate scientists continue to report that atmospheric levels of CO2 are rising at an accelerated rate, spelling trouble for the oceans. Seas absorb the heat-trapping gas, which makes them more acidic.

Acidity of the world’s oceans has increased 30 percent since the Industrial Revolution, said Bärbel Hönisch, a professor of earth science at Columbia University who did not attend the workshop. Ocean acidification stresses corals, shellfish and other organisms with effects that ripple through the marine food chain.

Adding to that ocean stress is overfishing, the IPSO assessment said. The large and long-lived species in fisheries worldwide — and in the South China Seas in particular — are “virtually fished out,” Pitcher explained.

When added together, conditions may be ripe for the next great extinction similar to the five mass extinctions that have occurred throughout Earth history. “That was the comparison that was made,” said Pitcher. “Certainly the rate of change in the chemistry of the oceans is greater than in some of the ancient extinctions.”

Hönisch was more cautious. We won’t wipe out ocean life, she predicted, but toxic algal blooms will thrive in the absence of large fish and other organisms threatened by extinction.

“The question for me has always been, do we care about the fish that are commercially interesting?” Hönisch asked. “Do we care about what we have today?”

The Climate Change Threat

Climate change is the oceans’ greatest threat, said Daniel Pauly, a fisheries professor from the University of British Columbia who also attended the seminar.

As oceans heat up, there is less mixing of warm water near the sea surface and colder water near the bottom, he told SolveClimate News. That decreases the amount of available oxygen in the water column less oxygen means less life overall.

Oxygen depletion, acidification and warmer temperatures are “a deadly mixture,” Pauly said, and is almost certain to exacerbate other risks.

Coral reefs are particularly vulnerable, said Alex Rogers, lead author of the IPSO report and professor of conservation biology at the University of Oxford.

Extreme Weather and Coral Bleaching

The underwater reef formations, often called the rainforests of the sea, are built by tiny animals called coral polyps that create limestone formations by constantly taking calcium carbonate out of the sea.

Coral reefs are the most diverse ecosystems in the ocean housing millions of species, Rogers told SolveClimate News. They provide ecosystem services such as food, coastal protection, tourism and recreation that are worth up to $375 billion dollars per year, he said.

Corals live off the microscopic algae that dwell inside their tissues. Elevated water temperatures can cause coral bleaching, a whitening of corals that occurs when they expel algae. Corals eventually die, erode and collapse from continuous bleaching.

Charles Sheppard, a professor in the School of Life Sciences at the University of Warwick and a workshop participant, said that an increase of 1 degree Celsius over about 10 weeks is enough to trigger bleaching.

“It’s the extremes that do the killing,” he explained. Average temperatures in the oceans have increased about half a degree Celsius since the 1970s, he said, but it’s the weeks of extreme heat that kill off corals for good.

Corals must also live with increasing acidity.

As oceans become more acidic, corals have to spend more energy to deposit the limestone. “It’s just a harder environment for them to live in,” said Sheppard. “If you add that to temperature rise — which also adds stress — the two together is bad news.”

Dying coral reefs don’t just destroy ecosystems: Reefs protect coastlines by reducing storm surge and erosion.

Many of the atolls in Polynesia and Micronesia are made of corals, said Sheppard. In healthy corals, the growth of new limestone outpaces natural erosion of the coral. When the reefs die off, the islands will erode away.

“Corals are among the most threatened organisms on the planet,” said Pitcher. Between the bleaching, overfishing, the dynamiting of coral reefs to kill fish and mining of coral for construction material, “corals will probably disappear from the planet in 40 years,” he said. “It’s kind of scary when you think that 200 million people depend on coral reefs for their livelihoods.”

Poor countries that rely on fish as their main protein source — and which are expected to be hardest hit by climate change — are most at risk, said Rogers.

Developing nations in the tropics also face overfished seas, while surviving fish in these regions are moving to cooler waters as the climate warms.

Overfishing Easier to Solve

Compared to climate change, overfishing is relatively easy to solve, said Pitcher. Canada and the U.S. are among the better countries in terms of fisheries management. Both nations use quotas to limit their catch, but their management methods need to be improved, he said.

“Fisheries are about managing people rather than fish,” said Pitcher. The UN has a voluntary code of conduct for responsible fisheries that takes into account aspects of sustainability. Fishers who use bottom trawlers, for instance, would score lower than those who use regular nets.

In addition, said Pitcher, most governments only survey the populations of fish that humans eat. “But fish live in a natural ecosystem,” he said. “They eat things. and things eat them,” adding that it’s important to also monitor the health of non-marketable fish.

Pauly supports the expansion of marine reserves where fishing is banned. Only about 1 percent of the seas are protected, he said, versus 10 percent of continents in the form of national parks and other reserves.

“We accept that there must be [protected] parks on land. We don’t conceive the need for that in the water. When [scientists] say we need 10 percent of the oceans protected, you get a howl from the fishing industry.”

Most fish stocks live in “exclusive economic zones,” said Pauly — designated areas for signatory countries of the United Nations Convention on the Law of the Sea that allow fishing and mining within 200 miles of their coastlines. These coastal areas make up 40 percent of the oceans.

Countries are reluctant to create marine reserves, largely because “we cannot wrap our minds around the oceans being fragile and inaccessible to us,” he said. “The fishing industry isn’t perceived as something that can change the structure of life in the ocean … Most people picture fishermen going out in small boats to brave the elements.”

In reality, giant commercial trawlers are responsible for 40 to 60 percent of the world’s catch. The scale and might of these trawlers compared to the fish is “like hunting rabbits with tanks,” said Pauly.

“Fisheries’ problems are relatively cheap to fix,” said Pauly. But if we keep stalling, he warned: “It’s going to be a problem that’s not fixable.”

Managing Plastic Pollution

Another relatively manageable problem is chemical pollution from plastics, said Pitcher, which aggravates the effects of other toxic pollutants.

Over time, pieces of plastic get ground down to microscopic particles and ingested by filter-feeding organisms such as clams, krill and some fish and sharks. Pitcher said this in itself isn’t catastrophic, but endocrine disruptors like flame retardants stick to plastic and get eaten by the organisms. With time, those toxins make their way up the food chain.

We have a fair track record of restricting certain marine pollutants, said Pitcher.

One success story over the past 20 years is the reduction of anti-fouling paint layered on the bottom of ships to prevent barnacle growth. Once scientists realized the paint was releasing large amounts of lead into the water, many countries passed legislation to limit its use.

Even if marine plastic pollution is drastically reduced, it’s impossible to reverse the ocean’s deteriorating waters without curbing overfishing and the emissions that cause climate change, Sheppard said. “It’s the combination which does so much harm.”


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