En 1981, des scientifiques ont découvert que les poissons femelles exposés à des températures élevées développaient des testicules au lieu d'ovaires. Depuis, plus de 1 100 études sur différentes espèces animales, dont 400 sur des poissons d'eau douce, ont donné des résultats similaires.
Cela soulève plusieurs questions.
Pourquoi ce phénomène se produit-il ? Comment peut-on l'expliquer ? Est-ce que cela nuit aux populations de poissons à long terme ? Nos recherches ont montré qu'un facteur clé expliquant ce phénomène est la surproduction d'hormones de stress causée par des températures plus élevées.
Pas le temps de s'adapter
Les organes reproducteurs des poissons sont très malléables aux changements environnementaux, car contrairement aux mammifères, ils ont des structures plus simples. Si bien que même de légers changements des conditions de l'eau peuvent avoir un impact direct et significatif sur le métabolisme et la physiologie des poissons.
Les poissons utilisent cette plasticité à leur avantage en utilisant les signaux environnementaux pour modifier leur succès de reproduction selon les conditions saisonnières. Par exemple, plusieurs espèces de poissons, comme l'esturgeon jaune, se reproduisent au printemps en raison des températures plus chaudes de l'eau.
Cependant, des changements environnementaux soudains provoqués par le changement climatique, par exemple, affectent considérablement les populations de poissons et poussent certaines d'entre elles à se déplacer vers des habitats de reproduction plus adaptés.
La température peut changer les poissons femelles en mâles
L'étude de la façon dont les poissons femelles deviennent mâles (ou se masculinisent) en raison du changement de température a conduit à une avancée significative. Lorsque les poissons sont exposés à des températures en dehors de leur plage normale, ils deviennent stressés et présentent un niveau élevé de l'hormone de stress appelée cortisol. C'est le cas de plusieurs espèces de poissons, comme le Silverside argentin, le medaka et poisson-zèbre.
Il est intéressant de noter que la même enzyme qui génère le cortisol est également responsable de la production l'hormone mâle la plus puissante chez le poisson, appelée la 11-cétotestostérone. Le rôle de cette hormone mâle est de déclencher le développement des caractéristiques sexuelles masculines chez les poissons.
Si les poissons subissent un stress - c'est-à-dire une augmentation du cortisol - dû à des températures élevées, cela peut perturber l'équilibre hormonal des larves de poissons et entraîner le développement de testicules. La surproduction d'androgènes entraîne le développement d'un plus grand nombre de mâles que de femelles sous des températures élevées.
Pas seulement le stress
En 2019, notre groupe de recherche a démontré que le blocage des récepteurs de stress grâce à des outils d'édition génétique a complètement supprimé la masculinisation des poissons induite par les températures élevées. Ces résultats révèlent, pour la première fois, que le cerveau agit comme un moteur de la masculinisation induite par le stress thermique.
Dans notre nouvelle étude publiée dans Cellular and Molecular Life Sciences en 2023, nous avons en outre démontré que les hormones thyroïdiennes, en plus des hormones de stress, sont impliquées dans la masculinisation des poissons. Une fois de plus, grâce à l'édition génétique, nous avons pu bloquer les récepteurs du stress et démontrer que la voie des hormones thyroïdiennes est affectée lorsque les poissons subissent un stress.
Il a été observé que lorsque la production de cortisol et des hormones thyroïdiennes était supprimée par l'utilisation combinée de certains médicaments chimiques, aucune femelle n'était masculinisée. Comprendre les mécanismes moléculaires qui expliquent la détermination du sexe des poissons permet de prédire comment la température induite par les changements climatiques peut affecter les populations de poissons à l'avenir.
Le rôle de la pollution
Plusieurs contaminants environnementaux, comme les pesticides et les plastifiants, sont connus pour perturber l'équilibre hormonal chez les animaux. Ces contaminants - connus sous le nom de perturbateurs endocriniens - peuvent conduire au développement anormal des organes sexuels chez les poissons.
Avec les changements climatiques, les facteurs environnementaux qui affectent le développement sexuel constituent désormais un enjeu majeur. Dernièrement, les températures ont fluctué considérablement dépassant la plage acceptable pour la plupart des espèces de poissons. De tels changements provoquent des températures élevées, une acidification et une hypoxie qui peuvent altérer les ratios naturels du sexe des poissons en faveur des mâles, et même générer des populations de poissons exclusivement mâles.
Dans les rivières et les lacs, les événements interannuels tels qu'El Niño ou El Niña peuvent également être modifiés par les changements climatiques, ce qui peut provoquer d'importantes périodes d'inondation ou de sécheresse. Cela peut exacerber le stress exercé sur les poissons. De surcroît, un nombre trop faible de femelles dans une population de poissons peut provoquer son effondrement, avec des conséquences désastreuses sur la biodiversité pour tous.
Valérie S. Langlois, Professor/Professeure titulaire, Institut national de la recherche scientifique (INRS)
Diana Castañeda-Cortés, Postdoctoral, Institut national de la recherche scientifique (INRS)
Juan Ignacio Fernandino, Associate research scientist, Developmental Biology Laboratory, Instituto Tecnológico de Chascomús (CONICET-UNSAM), Universidad Nacional de San Martín
