Des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie ont découvert comment le poisson midshipman du Pacifique peut bourdonner en continu jusqu'à une heure afin d'attirer des partenaires potentiels. L'étude, qui fait la couverture du numéro de janvier 2018 du Journal de physiologie générale , explique comment les fibres musculaires entourant la vessie natatoire du poisson peuvent supporter les taux élevés de contraction - jusqu'à 100 fois par seconde - qui sont nécessaires pour produire le cri distinctif de l'animal.

Il peut être difficile de trouver un partenaire dans les eaux sombres et troubles de l'océan, ainsi, les mâles de plusieurs espèces de poissons ont développé la capacité d'émettre des appels forts qui peuvent attirer des partenaires femelles potentielles dans leur nid. Ces appels d'accouplement sont générés par des fibres musculaires ultrarapides qui entourent la vessie natatoire des poissons et subissent des cycles rapides de contraction et de relaxation afin de faire vibrer ces organes remplis de gaz.

Crapaud de l'Atlantique mâle, par exemple, contracter et détendre les muscles de la vessie natatoire jusqu'à 100-200 fois par seconde pour produire des courts, des appels répétitifs de « sifflement de bateau » entrecoupés de périodes de silence relativement longues. Mâles de type I du poisson midshipman du Pacifique ( Porichthys notatus ) sont encore plus remarquables, produisant un bourdonnement d'accouplement continu pendant une heure (vous pouvez entendre un bref extrait dans la vidéo ci-dessous). A un rythme de 100 contractions et relaxations par seconde, le muscle de la vessie natatoire de l'aspirant peut donc se contracter jusqu'à 360, 000 fois au cours d'un appel d'une heure. "Le muscle de la vessie natatoire de l'aspirant génère plus de contractions par heure que tout autre muscle vertébré connu, explique Lawrence C. Rome, Professeur de biologie à l'Université de Pennsylvanie.

Les contractions musculaires sont déclenchées par des ions calcium qui sont libérés des sites de stockage intracellulaires dans le cytoplasme des fibres musculaires en réponse à l'influx nerveux. Typiquement, ces ions calcium sont ensuite réinjectés dans le stockage, permettre au muscle de se détendre avant qu'il ne reçoive d'autres impulsions nerveuses, mais les muscles de la vessie natatoire des poissons se contractent trop rapidement pour que cette phase de pompage soit terminée avant le début de la prochaine contraction.

Le crapaud de l'Atlantique résout ce problème, en partie, en produisant de grandes quantités d'une protéine appelée parvalbumine qui peut éliminer l'excès de calcium du cytoplasme musculaire. Ces ions calcium peuvent ensuite être réinjectés lentement dans le stockage pendant les périodes de silence qui ponctuent les cris du crapaud.

L'aspirant du Pacifique ne produit pas autant de parvalbumine, cependant, et, même si c'était le cas, l'appel continu du poisson submergerait bientôt la capacité de fixation du calcium de la protéine. « La question demeure alors :comment l'aspirant gère-t-il son calcium lors de ses appels continus ? demande Rome.

Rome et ses collègues ont donc mesuré la quantité de calcium libérée et pompée par les muscles de la vessie natatoire de l'aspirant lorsqu'ils se contractent et se détendent à plusieurs reprises. Les chercheurs ont découvert que, comme chez le crapaud de l'Atlantique, les muscles de l'aspirant ne se contractent qu'une fois par impulsion nerveuse. Cela contraste avec le cas le plus extrême de la nature d'action musculaire répétitive, les muscles de vol à haute fréquence des abeilles et autres insectes, qui se contractent plusieurs fois en réponse à une seule impulsion.

Surtout, cependant, Les muscles de l'aspirant libèrent environ huit fois moins de calcium que les muscles du poisson-crapaud en réponse à des impulsions nerveuses uniques. Ainsi, pour soutenir un appel d'accouplement d'une heure, le muscle midshipman se relâche, et par la suite des pompes, seulement deux fois plus de calcium que le crapaud utilise pour faire des appels intermittents au cours de la même période.

"La petite quantité de calcium libérée par stimulus est l'élément clé qui permet aux pompes à calcium du muscle de la vessie natatoire de l'aspirant de se maintenir pendant de longues périodes de stimulation à haute fréquence, " explique Rome. De plus, parce que le pompage du calcium nécessite de l'énergie, les faibles niveaux de libération de calcium abaissent également les exigences métaboliques d'une production continue, appel d'accouplement d'une heure.

Rome et ses collègues ont également constaté que, en moyenne, les protéines qui pompent le calcium hors du cytoplasme et dans le stockage fonctionnent plus rapidement dans les muscles de l'aspirant que leurs équivalents chez le poisson crapaud. "La combinaison d'un pompage rapide du calcium et d'une faible libération de calcium permet à l'aspirant de maintenir le bon équilibre des ions calcium pendant son appel d'accouplement de longue durée, " dit Rome. Cependant, il ajoute, il reste à voir comment ces faibles niveaux de calcium provoquent la contraction du muscle de la vessie natatoire avec une force suffisante pour générer le bourdonnement distinctif de l'aspirant.