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Hydrostatic-pressure and temperature effects on the molecular order of erythrocyte membranes from deep-, shallow-, and non-diving mammals

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Little is known about the cellular mechanisms involved in the tolerance of deep-diving marine mammals to hydrostatic pressures that cause serious pathologies when experienced by other mammals. We compared fatty-acid composition, cholesterol content, and the effects of pressure on the molecular order of erythrocyte membranes from deep-, shallow-, and non-diving mammals to determine how these properties may be related to diving performance. Erythrocytes were collected from two deep-diving phocid pinnipeds (northern elephant seal (Mirounga angustirostris) and harbor seal (Phoca vitulina)), a relatively shallow-diving otariid pinniped (northern fur seal (Callorhinus ursinus)), and several nondiving terrestrial mammals (dog (Canis familiaris), horse (Equus caballus), and cow (Bos taurus)). Fatty-acid composition clearly distinguished the phocids from the other species. The monoene content of erythrocyte membranes was substantially lower (3 vs.≈20%), whereas the lipid unsaturation indices, the ratio of α- to -linolenic acids, and the proportions of long-chain polyunsaturated fatty acids were substantially higher in the phocids. The cell-membrane cholesterol content was also significantly lower in erythrocytes from the deep-diving phocids (cholesterol:phospholipid ratios 0.2–0.3) than from most other mammals (1.0). Membranes from the phocids were more ordered than those from the shallow- and non-divers, and were also more sensitive to changes in pressure and temperature. The physiological significance of these differences in cell-membrane structure, which affect the order and sensitivity of cell membranes to hydrostatic pressure, is unknown, but they may be important adaptations that allow repeated and prolonged exposure to great hydrostatic pressure.

On sait peu de choses au sujet des mécanismes cellulaires qui assurent la tolérance aux pressions hydrostatiques chez les mammifères marins qui plongent en eau profonde, pressions qui entraînent des pathologies graves chez les autres mammifères. Nous avons comparé la composition en acides gras, le contenu en cholestérol et les effets de la pression sur l'arrangement moléculaire des membranes érythrocytaires de mammifères plongeurs en eau profonde et en eau peu profonde et de mammifères non plongeurs pour déterminer comment ces propriétés peuvent être reliées à la performance à la plongée. Des érythrocytes ont été prélevés chez des deux pinnipèdes phocidés plongeurs en eau profonde (l'Éléphant de mer boréal (Mirounga angustirostris) et le Phoque commun (Phoca vitulina)), chez un pinnipède otariidé plongeur en eau relativement peu profonde (l'Otarie à fourrure du Nord (Callorhinus ursinus)) et chez plusieurs mammifères terrestres non plongeurs (Chien (Canis familiaris), Cheval (Equus caballus) et Vache (Bos taurus)). La composition en acides gras établit clairement la distinction entre les phocidés et les autres espèces. Chez les phocidés, le contenu en monoènes des membranes érythrocytaires est nettement moins élevé (3 vs. ≈20 %), alors que les coefficients d'insaturation des lipides, le rapport entre les acides linoléiques α et  et les proportions d'acides gras polyinsaturés à chaînes longues sont substantiellement plus élevées. Le contenu en cholestérol des membranes érythrocytaires est aussi significativement plus faible chez les phocidés qui plongent en eau profonde (rapport cholestérol : phospholipides de 0,2–0,3) que chez la plupart des autres mammifères (1,0). Les membranes des phocidés ont un arrangement moléculaire plus ordonné que celles des mammifères plongeurs en eau peu profonde et que celles des animaux non plongeurs; elles sont aussi plus sensibles aux changements de pression et de température. L'importance physiologique de ces différences de structure dans les membranes cellulaires, qui affectent l'arrangement et la sensibilité des membranes aux pressions hydrostatiques, reste obscure, mais il s'agit peut-être là d'adaptations importantes qui permettent l'exposition répétée et prolongée à des pressions hydrostatiques élevées.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: May 1, 2001

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