A plus de 6 700 mètres d’altitude, les températures sont presque constamment négatives et le taux d’oxygène n’atteint que 44% de celui du niveau de la mer. Pourtant, un mammifère relève le défi physiologique considérable d’y vivre : la souris-feuille andine, Phyllotis vaccarum. Elle prospère du littoral, jusqu’aux sommets de la chaîne montagneuse des Andes. “Si les populations des hautes et des basses altitudes sont génétiquement très proches les unes des autres, il existe toutefois des différences clés au niveau des gènes spécifiques qui ont contribué à la capacité des souris des hautes altitudes à tolérer les conditions extrêmes de haute altitude,” s’enthousiasme Jay Storz, biologiste à l’université du Nebraska, lors d’une interview pour Sciences et Avenir.
Avec son équipe, il a étudié ces adaptations génétiques en comparant des individus vivant dans des habitats différents. Digestion de plantes toxiques, production de chaleur et activité musculaire accrue … Leurs résultats ont été publiés dans la prestigieuse revue Science. “Avec une acclimatation adéquate, un alpiniste bien entraîné peut tolérer le manque d’oxygène à de telles altitudes lors d’une ascension d’une journée, mais ces altitudes dépassent de loin les limites de la survie humaine à long terme. Il est donc très surprenant que ces souris soient capables de supporter de telles conditions.”
L’oxygène, combustible de la thermogénèse
Les biologistes ont arpenté les versants arides des Andes afin de capturer 167 individus issus d’altitudes différentes. Grâce au séquençage de leur génome et à des expériences en laboratoire, ils ont réussi à identifier les adaptations des souris de haute altitude. “Lorsqu’un mammifère est confronté à un froid extrême, il compte sur la production de chaleur métabolique pour maintenir une température corporelle constante. Cette production de chaleur métabolique, appelée thermogenèse, nécessite de l’oxygène comme combustible,” indique Jay Storz. Comme l’oxygène est moins abondant en haute altitude -on parle d’hypoxie -, l’évolution a sélectionné chez les souris des adaptations métaboliques pour utiliser l’oxygène de manière plus économique, et d’autres ajustements physiologiques pour compenser l’apport réduit en oxygène.
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Ces rongeurs-ci produisent davantage de chaleur corporelle que les autres souris et présentent une activité accrue au niveau de leurs muscles et de leur tissu adipeux thermorégulateur. Et ce, grâce à l’efficacité hors-normes de leurs mitochondries, les “centrales énergétiques” des cellules. Leur capacité respiratoire est bien plus élevée chez les souris vivant à des hautes altitudes. Elles sont ainsi capables de maintenir leur température corporelle malgré le manque d’oxygène.
Les adaptations persistent malgré le flux génétique important. Le flux génétique entre les populations a homogénéisé la variation génétique entre elles. La sélection locale très forte explique le maintien des différences génétiques adaptatives entre ces populations reliées entre elles.
Digérer les plantes toxiques abondantes en altitude
Certains résultats ont aussi étonné les biologistes. Ils s’attendaient à observer une modification du taux d’hémoglobine, adaptation courante chez les animaux, y compris les humains, à la raréfaction de l’oxygène. Mais la souris-feuille andine ne présente pas cette modification. “Il semblerait plutôt qu’elle dépende d’un ensemble d’autres adaptations physiologiques et génétiques qui améliorent la production d’énergie, régulent les vaisseaux sanguins et permettent à son organisme de fonctionner en cas de privation chronique d’oxygène,” résument les auteurs.
Plus surprenant encore, ces souris ont développé la capacité de métaboliser les toxines de certaines plantes. “Cela souligne à quel point leur environnement est hostile. En haute altitude, les souris doivent non seulement faire face au manque d’oxygène et à des températures glaciales, mais elles ne peuvent même pas se nourrir correctement : les seules plantes comestibles disponibles regorgent de composés secondaires toxiques. La vie y est difficile à tous les niveaux,” insiste Jay Storz.
Outre Phyllotis vaccarum, les relevés altitudinaux des petits mammifères dans les Andes ont également permis de découvrir de nombreuses autres espèces vivant à des altitudes presque aussi extrêmes. L’équipe de Jay Storz mène actuellement de nombreuses études comparatives afin de déterminer si les espèces de haute altitude s’adaptent généralement à l’hypoxie de la même manière, ou si l’évolution tend à aboutir à des résultats tout aussi efficaces chez différentes espèces par des voies et des mécanismes distincts.
Source:
www.sciencesetavenir.fr
