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Pour tous les mammifères, l'hydratation est essentielle à la vie. Personne ne peut vivre sans apport d'eau douce aux cellules. La concentration en sodium et en minéraux dans l'organisme est également importante et doit être maintenue dans une fourchette étroite pour son bon fonctionnement (c’est l’homéostasie). Cette balance nécessite un équilibre délicat entre l'ingestion et l'excrétion (urine) de sodium (Bernal et al., 2023).
Mais si nous, les mammifères, buvons l'eau salée de l'océan, cela cause des dommages importants à notre corps et à nos cellules. C’est dû à l'effet d'osmose : lorsque deux masses liquides sont séparées par une membrane poreuse (par exemple : la paroi cellulaire), la concentration en ions des deux masses d'eau tend vers un équilibre. Il y a un échange d'eau de la masse d'eau la moins concentrée en ions vers la masse d'eau la plus concentrée en ions.
Figure 1. Représentation schématique du processus d'osmose. Avant le mouvement du solvant, le liquide situé à gauche de la membrane est moins concentré que celui situé à droite. Dans notre exemple, le solvant est l'eau (H2O) et les molécules sont du sel dissous (NaCl). La membrane semi-perméable laisse passer l'eau, mais pas les molécules (comme c’est le cas pour la paroi cellulaire). Après le mouvement du solvant, les liquides des deux côtés de la membrane ont la même concentration.
Prenons l'exemple des cellules et de l'eau de mer : chaque cellule de notre corps est entourée d'une membrane. Nos cellules sont remplies d'un liquide (liquide intracellulaire) qui n'est pas de l'eau pure (H2O), mais qui contient également une certaine concentration d'ions (principalement du sel et du potassium), et les cellules sont entourées d'un liquide intercellulaire salin lui aussi. Si nous buvons trop d'eau douce, la concentration en ions à l'extérieur des cellules est bien inférieure à celle à l'intérieur des cellules, et une grande quantité d'eau traverse les membrane (la parois cellulaires), provoquant l'explosion des cellules. C'est pourquoi boire de grandes quantités d'eau est dangereux : cela s'appelle l'hyponatrémie et constitue une urgence médicale (Adrogué et al., 2022 ; Bernal et al., 2023).
Mais d'un autre côté, boire de l'eau de mer est bien pire. Elle est très concentrée en ions, principalement en sel (chlorure de sodium, NaCl), avec une concentration comprise entre 31 et 38 g/kg, selon l'endroit où elle se trouve dans l'océan (principalement influencée par l'apport en eau douce des rivières, les précipitations, la fonte des glaciers et l'évaporation). Cela fait augmenter la concentration en NaCl du liquide intercellulaire bien au-dessus de la concentration en ions dans les cellules, bien au-delà de ce que le corps peut tolérer et bien au-delà de ce que les reins peuvent traiter. Dans ces conditions, l'eau quitte les cellules à travers les parois cellulaires. Les cellules ne sont plus remplies d'eau et le corps est rempli de liquide entre les cellules, ce qui peut entraîner une déshydratation sévère, de nombreux dommages à tous les organes et constitue une urgence vitale. Ce phénomène est appelé hypernatrémie (Bernal et al., 2023). La même chose se produit lorsque l’on mange des aliments trop salés, et c'est aussi pourquoi il est dangereux de boire de l'eau de mer lorsque l’on est en mer ou dans un contexte de survie extrême.
Bon, en tant que mammifères, nous avons besoin de nous hydrater en quantité suffisante pour que nos cellules et nos reins fonctionnent correctement, mais pas trop et surtout pas avec de l'eau de mer, il faut que ce soit de l'eau douce. Mais dans ces conditions, comment les mammifères marins (c'est-à-dire les pinnipèdes, les lamantins, les loutres de mer, les ours polaires et les cétacés) font-ils pour boire ? Comment font-ils pour subvenir à leurs besoins en eau douce ?
Concentrons-nous sur les cétacés. Le groupe des cétacés comprend les zeuglodontes éteints (Archaeoceti), les baleines à fanons (Mysticeti) comprenant par exemple la grande baleine bleue, la baleine franche ou la baleine à bosse et les baleines à dents (Odontoceti) comprenant entre autres les orques, les dauphins ou les cachalots. À partir du début de l'Éocène, il y a environ 50 millions d'années (Ma), ils ont évolué de la vie terrestre à la vie aquatique jusqu'à s'adapter de manière incroyable à leur environnement actuel (Ortiz, 2001 ; Thewissen et Williams, 2002). Cela implique des changements morphologiques et physiologiques, en particulier une adaptation à un environnement très salin pour la plupart des cétacés. La grande majorité des cétacés sont hypoosmotiques par rapport à l'eau de mer : ils vivent dans un environnement dont la concentration en sel est supérieure à celle de leur corps (ils ont donc tendance à perdre naturellement de l'eau par osmose, ce qui les expose à un risque constant de déshydratation). La composition du sang des cétacés étant similaire à celle des mammifères terrestres, la vie dans un environnement hyperosmotique (très salé) nécessite des adaptations évolutives spécifiques. Cela inclut des changements morphologiques et physiologiques au niveau des reins et de tous les systèmes corporels impliqués dans le maintien de l'homéostasie, tant pour les cétacés vivant en eau douce qu'en eau de mer (Ortiz, 2001). Le coût métabolique de la consommation d'eau de mer dépasse les avantages. Pour faire face à ce problème, plusieurs stratégies sont employées par les différents mammifères aquatiques afin d'augmenter la rétention d'eau dans le corps et d'atteindre une osmolarité équilibrée (Ortiz, 2001 ; São Pedro et al., 2015). Il existe un consensus général sur le fait que la vie des cétacés dans l'eau de mer nécessite un processus actif pour maintenir la composition interne des fluides (Ortiz, 2001).
Les mammifères vivant exclusivement dans l'eau de mer dépendent principalement de leur alimentation pour leur apport en eau (Costa, 2002 ; Séon et al., 2023). Les cétacés conservent l'eau de leur corps en produisant une urine plus concentrée en sel que les mammifères terrestres, un mécanisme osmorégulateur unique par lequel ils excrètent une urine fortement salée afin de maintenir l'homéostasie dans les habitats marins (Ballarin et al., 2011 ; Birukawa et al., 2005 ; Ridgway et Venn-Watson, 2010). Deux processus sont les plus probables pour expliquer ce phénomène : la production de vasopressine, une hormone sécrétée par les mammifères pour augmenter la concentration en NaCl dans l'urine (également présente en petites quantités chez les mammifères terrestres) (Ballarin et al., 2011) et la présence d'aquaporines, des protéines membranaires présentes dans toutes les formes de vie et dont la fonction principale est l'osmorégulation (São Pedro et al., 2015). Ceci, ajouté à leurs reins anatomiquement adaptés, leur permet d’évoluer sans problème dans un environnement strictement marin (Ortiz, 2001).
Au cours de leur évolution, les cétacés ont bénéficié d'une forte pression sélective génétique sur le gène aquaporine AQP2, impliquant exclusivement la lignée des cétacés. L'AQP2 est la seule aquaporine présente exclusivement dans les reins et impliquée dans la réabsorption de l'eau. Elle est indéniablement nécessaire à la production d'urine concentrée, un mécanisme d'osmorégulation crucial chez les cétacés (São Pedro et al., 2015).
En ce qui concerne la vasopressine, Ballarin et al. (2011) ont constaté que les niveaux de vasopressine urinaire augmentent après le repas et correspondent à une augmentation des niveaux de NaCl, un signe indiquant que l'effet de la vasopressine vise à réduire la dispersion de l'eau provenant des aliments. Les cétacés sécrètent de la vasopressine en réponse à la consommation de nourriture afin d'exploiter leur principale source d'eau. Il existe une différence dans l'apport en NaCl entre les différentes sources de nourriture : i.e. les macro-organismes (par exemple, les poissons, les calmars) et le plancton, ce qui induit que les mammifères marins sont confrontés à des problèmes d'osmorégulation différents selon le type de proie qu'ils consomment. Cela entraîne une adaptation légèrement différente entre les baleines à fanons et les baleines à dents. Birukawa et al. (2005) ont en effet constaté des concentrations plus élevées de NaCl dans l'urée des baleines à fanons que dans celle des baleines à dents. L'analyse statistique indique que les niveaux de vasopressine dans l'urine (et peut-être dans le sang) sont corrélés à l'apport en eau par l'alimentation (Ballarin et al., 2011).
Figure 2. Représentation schématique de l'ingestion et de l'excrétion de NaCl chez les Cétacés, et processus importants dans le maintien de leur homéostasie.
En conclusion, la plupart des mammifères marins, et en particulier les cétacés, ne boivent pas d'eau de mer. Leur hydratation provient de leur alimentation et ils sont parfaitement adaptés à la vie marine. Leur capacité à augmenter la concentration en NaCl dans leur urine leur permet d'éliminer le sel de leur corps afin de ne conserver que l'eau douce dont ils ont besoin. Cela leur évite une déshydratation sévère.
Boire n'est pas un comportement courant chez les mammifères marins, seules quelques exceptions sont connues à ce jour : les loutres de mer, qui boivent couramment de l'eau de mer, et les lamantins, qui sont exclusivement herbivores et vivent dans des eaux dont la salinité varie, ce qui leur permet de boire fréquemment de l'eau douce (Ortiz, 2001).
Bibliography
Adrogué, H. J., Tucker, B. M., and Madias, N. E.: Diagnosis and Management of Hyponatremia: A Review, JAMA, 328, 280, https://doi.org/10.1001/jama.2022.11176, 2022.
Ballarin, C., Corain, L., Peruffo, A., and Cozzi, B.: Correlation Between Urinary Vasopressin and Water Content of Food in the Bottlenose Dolphin (Tursiops truncatus), TONEUROEJ, 4, 9–14, https://doi.org/10.2174/1876528901104010009, 2011.
Bernal, A., Zafra, M. A., Simón, M. J., and Mahía, J.: Sodium Homeostasis, a Balance Necessary for Life, Nutrients, 15, 395, https://doi.org/10.3390/nu15020395, 2023.
Birukawa, N., Ando, H., Goto, M., Kanda, N., Pastene, L. A., Nakatsuji, H., Hata, H., and Urano, A.: Plasma and Urine Levels of Electrolytes, Urea and Steroid Hormones Involved in Osmoregulation of Cetaceans, Zoological Science, 22, 1245–1257, https://doi.org/10.2108/zsj.22.1245, 2005.
Costa, D. P.: Osmoregulation, in: Encyclopedia of marine mammals, Academic Press, San Diego, 837–842, 2002.
Ortiz, R. M.: Osmoregulation in Marine Mammals, Journal of Experimental Biology, 204, 1831–1844, https://doi.org/10.1242/jeb.204.11.1831, 2001.
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São Pedro, S. L., Alves, J. M. P., Barreto, A. S., and Lima, A. O. D. S.: Evidence of Positive Selection of Aquaporins Genes from Pontoporia blainvillei during the Evolutionary Process of Cetaceans, PLoS ONE, 10, e0134516, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0134516, 2015.
Séon, N., Brasseur, I., Scala, C., Tacail, T., Catteau, S., Fourel, F., Vincent, P., Lécuyer, C., Suan, G., Charbonnier, S., Vinçon-Laugier, A., and Amiot, R.: Determination of water balance maintenance in Orcinus orca and Tursiops truncatus using oxygen isotopes, Journal of Experimental Biology, 226, jeb245648, https://doi.org/10.1242/jeb.245648, 2023.
Thewissen, J. G. M. and Williams, E. M.: The Early Radiations of Cetacea (Mammalia): Evolutionary Pattern and Developmental Correlations, Annu. Rev. Ecol. Syst., 33, 73–90, https://doi.org/10.1146/annurev.ecolsys.33.020602.095426, 2002.
Décembre 2025
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