Source: The Conversation – France in French (2) – By Juliette Ravaux, Maître de conférences, Sorbonne Université
La majorité des êtres vivants sur Terre — plantes, animaux et micro-organismes — vit sous l’influence du rythme imposé par l’alternance du jour et de la nuit. Les fonctions biologiques essentielles sont soumises à des cycles de 24 heures, entretenus par une horloge interne qui se synchronise avec des signaux externes de l’environnement, dont le plus puissant est la lumière.
Qu’en est-il des espèces des profondeurs, qui vivent dans la nuit perpétuelle ? Ont-elles même la notion du temps ?
Dans la zone crépusculaire, entre 200 et 1000 mètres de profondeur, pénètre encore un peu de lumière. La lumière résiduelle, qui vient du Soleil mais aussi de la Lune, y est suffisante pour synchroniser des fonctions biologiques. Ainsi, la reproduction de certains oursins, étoiles de mer, anémones et coraux de cette zone est synchronisée avec le cycle lunaire, ce qui se traduit par une libération de larves intervenant massivement à la pleine lune, ou à la nouvelle lune, selon l’espèce.
Mais au-delà de 1000 mètres, on ne détecte plus cette lumière cyclique. Il n’est pas évident de savoir si les fonctions biologiques adoptent un rythme à ces grandes profondeurs, notamment car il est difficile d’obtenir des individus vivants en provenance de ces zones.
Néanmoins, la dizaine d’études de « chronobiologie » sur les rythmes physiologiques des espèces de l’océan profond démontrent clairement que ces espèces reçoivent des signaux en provenance de la surface, et que la vie dans les grands fonds peut être rythmée par la lune, le soleil et les saisons… mais pas directement à cause de la lumière.
Au rythme de la lune… sans sa lumière
Si la lumière solaire disparaît, il existe d’autres repères temporels perceptibles dans l’environnement profond. Ces « donneurs de temps » sont appelés Zeitgebers, d’après le terme allemand.
Le cycle lunaire impose ainsi le rythme des marées en surface, avec des variations de courant perceptibles jusqu’à de grandes profondeurs, comme l’ont montré des analyses utilisant des courantomètres déployés sur le fond.
Mais à quoi bon garder le rythme dans les profondeurs ? L’existence d’une alternance sommeil-éveil a été explorée chez deux poissons : le grenadier Coryphaenoides armatus et l’anguille de haute mer Synaphobranchus kaupii.
NOAA Ocean Exploration, 2021 North Atlantic Stepping Stones, CC BY
Des spécimens ont été pêchés dans l’Atlantique nord-est entre 1000 et 4800 mètres tout au long de la journée et de la nuit afin de suivre leur production de mélanine. Cette hormone participe à la régulation des cycles de sommeil, et sa sécrétion suit un rythme circadien avec un minimum dans la journée et une augmentation en début de nuit, qui contribue à l’endormissement. Les taux de mélanine mesurés chez les grenadiers et les anguilles montreraient des signes d’une périodicité de l’ordre de la demi-journée, ce qui suggère une influence du cycle lunaire et des courants de marée.
Une autre étude, utilisant un réseau de caméras disposées sur le fond marin à proximité de sources hydrothermales de la dorsale est-pacifique, situées à 2170 mètres de profondeur, a révélé l’activité rythmique de certaines espèces. Ainsi, à la suite d’une période d’observation de vingt-trois jours, elle a montré que le ver tubicole Ridgeia piscesae aurait une activité synchronisée avec les marées : le nombre d’individus qui déploient leur panache branchial hors du tube varie en effet selon une période de six heures.
NOAA Photo Library, CC BY
Une autre espèce hydrothermale s’est révélée avoir un rythme similaire, la moule Bathymodiolus azoricus. Elle montre non seulement une périodicité dans son comportement d’ouverture et de fermeture des valves de la coquille, mais aussi une rythmicité jusqu’au niveau moléculaire, puisqu’environ 10 % de ses gènes ont un profil d’expression dans le temps qui suit un rythme cyclique calé sur celui des marées.
Une expression rythmique des gènes, selon un cycle de 12 heures, a également été détectée chez la crevette hydrothermale Rimicaris leurokolos.
À ces profondeurs extrêmes, les Zeitgebers sont les variations rythmiques de courant et de température générées par les marées internes de l’océan, un phénomène complexe qui résulte de l’interaction entre les marées de surface et la topographie du fond. Alors que la lumière solaire est le signal dominant pour rythmer la vie des espèces à la surface du globe, les marées internes semblent être le repère temporel essentiel pour les espèces de l’océan profond.
Le soleil aussi rythme indirectement les profondeurs
D’autres signaux peuvent dans une moindre mesure imposer un rythme. Ainsi, il semblerait que l’on ne mange pas en continu dans les profondeurs ! Des rythmes ont été détectés dans la prise alimentaire de crustacés avec une démarcation entre le jour et la nuit, dont l’origine n’est pas encore connue. L’analyse du contenu de leur estomac sur une période de 24 heures a montré que les crabes Geryon longipes se nourrissent préférentiellement à l’aube, tandis que la crevette dorée Plesionika martia étale sa prise alimentaire sur la matinée.
NOAA Ocean Exploration, Mid-Cayman Rise Expedition 2011, CC BY
Des indices similaires de rythme alimentaire quotidien ont été observés pour trois espèces de poissons osseux, prélevées au-delà de 1 000 mètres en Méditerranée occidentale, le grenadier méditerranéen (Coryphaenoides mediterraneus), l’alépocéphale à bec et le moro de méditerranée (Lepidion lepidion). Sachant que ces trois espèces se nourrissent principalement de proies actives, il est possible dans ces cas-là que les mouvements et la disponibilité de ces proies dans la journée dictent le rythme. L’une des explications est que les proies elles-mêmes migrent dans la colonne d’eau, remontant à la surface la nuit et descendant dans la zone crépusculaire au-delà de 200 mètres pendant la journée. Leurs prédateurs profonds sont contraints d’attendre qu’elles descendent pour les capturer, et leur rythme alimentaire est donc indirectement calé sur le soleil.
Au rythme des saisons
Au-delà de ces rythmes quotidiens synchronisés indirectement par la lune et le soleil, des signaux saisonniers peuvent aussi influencer la vie en profondeur.
Bien qu’on ait longtemps pensé que la reproduction des espèces profondes se déroulait en continu, plusieurs études, menées à partir des années 1960 sur différents groupes animaux (étoiles de mer, isopodes, bivalves, crustacés…) échantillonnés à intervalles réguliers au cours du temps, ont montré qu’ils produisaient leurs gamètes à certaines périodes de l’année plutôt qu’à d’autres.
NOAA Office of Ocean Exploration and Research, CC BY
Cette production de gamètes, très coûteuse, est ainsi synchronisée entre individus, optimisant les chances de fécondation. Cette période de reproduction intervient pendant, ou juste après, une période de productivité intense dans les eaux de surface, marquée par exemple par les efflorescences de phytoplancton, ces proliférations massives de microalgues et de cyanobactéries qui surviennent au printemps et à l’été dans de nombreuses régions océaniques, et sont parfois visibles depuis l’espace. Cette matière organique chute ensuite vers les profondeurs sous forme de neige marine, fournissant un apport nutritif capital aux adultes pour la production des gamètes et aux larves pour leur développement.
Reproduction continue et saisonnière peuvent même co-exister chez un même groupe selon la disponibilité des nutriments. Ainsi, chez les crabes de la famille des Bythogréidés, les espèces vivant dans les eaux très pauvres en nutriments du gyre subtropical du Pacifique sud, où les efflorescences sont très rares, présentent une reproduction plutôt continue, tandis que les espèces de la ride est-pacifique où les efflorescences sont fréquentes, ont une reproduction saisonnière.
Rythme lié au cycle jour-nuit, à la lune, ou aux saisons, divers Zeitgebers fournissent des repères temporels aux organismes des profondeurs, qui ne vivent donc pas hors du temps. L’étude de la chronobiologie dans l’océan profond en est encore à ses balbutiements, guère aidée par les difficultés à collecter et observer, mais il y a peu de doutes qu’elle nous réserve de nombreuses découvertes.
Pour explorer d’autres aspects de la vie sous-marine, découvrez l’ouvrage des auteurs, « Secrets de l’océan profond », publié aux Éditions Quae, et dont nous avons reproduit des bonnes feuilles.
Sébastien Duperron a reçu des financements de l’ANR, de la région Ile de France, et du CNRS.
Juliette Ravaux ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.
– ref. Le rythme des abysses, ou comment les créatures qui vivent dans une nuit perpétuelle se repèrent dans le temps – https://theconversation.com/le-rythme-des-abysses-ou-comment-les-creatures-qui-vivent-dans-une-nuit-perpetuelle-se-reperent-dans-le-temps-286690