Les humains conservent mieux l'eau

Abstract

Pour survivre, les humains et les autres animaux terrestres doivent maintenir un équilibre strict entre les apports et les pertes d’eau au quotidien. Cependant, l’évolution de la physiologie de l’équilibre hydrique humain est mal comprise en raison de l’absence de mesures comparatives avec d’autres hominoïdes. Alors que les humains boivent quotidiennement pour maintenir leur équilibre hydrique, les grands singes vivant dans la forêt tropicale obtiennent généralement suffisamment d’eau de leur nourriture et peuvent passer des jours ou des semaines sans boire.

Cette étude compare les mesures d’épuisement isotopique du renouvellement de l’eau (L/j) chez les singes hébergés dans des zoos et des sanctuaires de forêt tropicale (chimpanzés, bonobos, gorilles et orangs-outans) avec 5 populations humaines diverses, dont une communauté de chasseurs-cueilleurs dans une savane semi-aride. Sur l’ensemble de l’échantillon, le renouvellement de l’eau était fortement lié à la dépense énergétique totale (DET, kcal/j), à l’activité physique, au climat (température et humidité ambiantes) et à la masse maigre.

Dans les analyses contrôlant ces facteurs, le renouvellement de l'eau était de 30 à 50 % inférieur chez les humains que chez les autres singes, malgré une plus grande capacité de transpiration des humains. Le renouvellement de l'eau chez les singes des zoos et des sanctuaires était similaire au renouvellement estimé dans les populations sauvages, tout comme le rapport entre la consommation d'eau et l'apport énergétique alimentaire (∼2,8 ml/kcal). Cependant, les singes des zoos et des sanctuaires ont ingéré un rapport plus élevé entre l'eau et la matière sèche de la nourriture, ce qui pourrait contribuer aux problèmes digestifs en captivité. Par rapport aux singes, les humains semblent viser un rapport plus faible entre la consommation d'eau et la consommation d'énergie (∼1,5 ml/kcal).

Le stress hydrique dû aux changements de climat, de régime alimentaire et de comportement a apparemment conduit à des adaptations de conservation de l'eau jusqu'alors inconnues dans la physiologie des hominidés.

Résultats

Les résultats obtenus ici jettent un nouvel éclairage sur la régulation de l’équilibre hydrique chez les humains et les autres singes. Dans la nature, les grands singes des forêts tropicales obtiennent généralement l’eau dont ils ont besoin de leur nourriture et peuvent passer plusieurs jours, voire plusieurs semaines, sans boire. Bien que le stress hydrique pendant les saisons sèches et pour les chimpanzés vivant dans la savane soit plus aigu. Les hominidés précoces vivant dans les forêts, se nourrissant d’aliments végétaux, ont probablement été similaires aux grands singes vivant en forêt dans leur physiologie de l’équilibre hydrique. Le maintien de l’équilibre hydrique serait devenu beaucoup plus difficile à mesure que les hominidés se sont étendus dans des environnements plus chauds et plus arides. Ils ont alors développé des capacités de transpiration prodigieuses pour faire face au stress thermique et élargi leur régime alimentaire pour inclure plus de viande et, plus tard, d’aliments cuits. Cependant, avant cette étude, on ne savait pas si les humains différaient des autres singes en ce qui concerne le renouvellement quotidien de l’eau.

Par rapport à d’autres singes, les humains de cette étude avaient un renouvellement de l’eau nettement inférieur et consommaient moins d’eau par unité d’énergie alimentaire métabolisée, suggérant une évolution de la lignée des hominidés vers une nourriture moins aqueuse. Chez les mammifères, manger active les neurones qui stimulent la soif, donc, manger conduit à boire. Des manipulations expérimentales de la densité d’énergie alimentaire (kcal/g) ont montré que les rats ajustent leur boisson pour maintenir un rapport relativement constant de ∼0,7 ml d’eau par kcal d’énergie métabolisée, laissant varier le rapport eau/grammes de matière sèche ingéré. De même, les mesures du renouvellement de l’eau suggèrent que les singes des zoos et des sanctuaires, avec un accès ad libitum à l’eau et des régimes alimentaires de densité énergétique différente, ajustent leur consommation d’eau pour maintenir un rapport eau/énergie (∼2,8 ml/kcal) similaire à celui des régimes alimentaires des singes sauvages, tout en ayant des rapports eau/gramme de matière sèche dépasser ceux de la nature. En revanche, les humains semblent viser un rapport eau/énergie plus faible (∼1,5 ml/kcal).

Le faible rapport eau/énergie chez les humains était constant dans toutes les populations, les moyennes par cohorte allant de 1,24 ± 0,50 à 1,92 ± 0,31 ml/kcal. Même des mesures récentes prises à partir d’un petit échantillon d’adultes de la population Shuar, une société d’agriculteurs cueilleurs en Équateur rural avec des pratiques culturales de consommation d’eau qui entraînent un taux de renouvellement quotidien en eau remarquablement élevé (hommes : 9,37 ± 2,3 L/j, n = 7 ; femmes : 4,76 ± 0,4 L/j, n = 8), présente un rapport eau/énergie similaire (hommes : 2,1 ± 0,4 ; femmes : 1,7 ± 0,2) par rapport aux cohortes humaines de cette étude. Notamment, le rapport eau/énergie du lait maternel humain (1,5 ± 0,2 ml/kcal) est identique au rapport d’apport déterminé ici pour les adultes, et il est inférieur de ∼25 % à celui du lait maternel chez les autres singes. Des expériences de manipulation alimentaire chez l’homme et chez le singe sont nécessaires pour confirmer si la réponse de la soif humaine et la physiologie de l’équilibre hydrique sont réglées pour cibler un rapport eau/énergie plus faible. De plus, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour évaluer l’ontogenèse de la physiologie du bilan hydrique et vérifier si le modèle de renouvellement de l’eau chez les singes est cohérent entre les espèces (par exemple, les gorilles de montagne) et les biomes (par exemple, les habitats semi-arides⁷) qui n’est pas inclus dans ces analyses.

Que le comportement de boisson chez les singes en captivité soit influencé par le rapport eau/énergie ou par un autre objectif physiologique, leur consommation quotidienne d’eau combinée à leur régime alimentaire relativement dense en énergie et à faible volume a conduit à une consommation d’eau beaucoup plus élevée par gramme de matière sèche ingérée par rapport aux singes sauvages. L’apport en eau/gramme doit être équilibré par l’absorption d’eau/gramme dans les intestins et l’excrétion d’eau/gramme dans les matières fécales. Étant donné que l’humidité fécale chez les singes de zoo est similaire à celle des populations sauvages, l’apport élevé en eau par gramme en captivité nécessite une plus grande absorption intestinale de l’eau. Une plus grande absorption intestinale de l’eau en captivité est également visible dans les urines moins denses (qui indiquent une plus grande production d’urine sur 24 heures) chez les singes de zoo et de sanctuaire par rapport aux populations sauvages, car une absorption accrue de l’eau dans la circulation sanguine doit induire une production d’urine accrue afin de maintenir l’homéostasie de l’osmolalité sanguine. Le défi physiologique d’une plus grande absorption intestinale de l’eau chez les singes en captivité pourrait contribuer à la prévalence des problèmes digestifs et des comportements atypiques associés tels que la régurgitation et la réingestion, dans ces populations. En effet, il a été démontré que l’approvisionnement par broutage réduit les comportements de régurgitation et de réingestion chez les chimpanzés, les gorilles et les orangs-outans vivant dans les zoos.

Le nombre élevé de glandes sudoripares chez l’homme permet une production de sueur supérieure à 2 L/h en cas de stress thermique, soit 4 à 10 fois le taux des chimpanzés. Et la transpiration et la perte d’eau insensible sont plus importantes avec l’augmentation de l’activité physique dans les climats chauds et secs. Dans l’échantillon humain, les chasseurs-cueilleurs Hadza, la population ayant le plus d’activité physique dans cet échantillon présentaient le taux de renouvellement de l’eau le plus élevé dans les analyses, compte tenu de la dépense énergétique totale, du climat et de la masse libre de graisse. Le taux de rotation de l’eau des travailleurs manuels était supérieur à celui des humains sédentaires, mais inférieur à celui des chasseurs-cueilleurs. La température quotidienne moyenne était également fortement corrélée avec le renouvellement de l’eau chez les humains, ce qui reflète probablement une augmentation des pertes par la transpiration. En revanche, chez les primates non humains, les cohortes des sanctuaires, qui étaient les plus chauds, avaient un taux de renouvellement de l’eau plus faible que celles des zoos.

Un renouvellement de l’eau et un rapport eau/énergie plus faibles chez l’homme suggèrent une forte sélection pour conserver l’eau dans la lignée des hominidés. Les changements alimentaires avec l’avènement de la chasse et de la cueillette, en particulier la cuisson (autre que l’ébullition), ont augmenté la densité calorique et réduit la teneur en eau des aliments d’hominidés par rapport aux autres primates. Ces changements sont évidents parmi les populations vivantes d’aujourd’hui : par rapport aux régimes alimentaires des singes sauvages vivant en forêt, les régimes alimentaires modernes des chasseurs-cueilleurs ont ∼80 % plus d’énergie par gramme de matière sèche et retiennent ∼80 % moins d’eau par kcal ; Les régimes alimentaires des populations humaines industrialisées sont tout aussi secs. Avec une si faible teneur en eau dans leurs aliments, les hominidés sont devenus des buveurs obligatoires. L’expansion dans des environnements plus secs, ainsi que l’augmentation de l’activité physique dans la chaleur de la journée, auraient exacerbé la perte d’eau et le stress hydrique chez Homo du Pléistocène. La sélection naturelle, à son tour, semble avoir favorisé les changements anatomiques et physiologiques qui ont réduit le renouvellement de l’eau, permettant aux hominidés de s’éloigner davantage des lacs et des ruisseaux et réduisant leur exposition aux prédateurs dans ces environnements.

Les adaptations de la conservation de l’eau des hominidés restent à déterminer et à caractériser. Curieusement, les nez proéminents, qui limitent les pertes d’eau, sont apparus pour la première fois dans les archives fossiles d’hominidés avec Homo habilis il y a ∼2 millions d’années et se sont développés par la suite. Les variations anatomiques et fonctionnelles du rein hominoïde justifient une étude plus approfondie, mais nous notons que la taille des reins humains est similaire à celle des autres primates (y compris les chimpanzés) et que les capacités de concentration de l’urine semblent être similaires chez les humains et les autres singes.

L’impact écologique de la réduction du renouvellement de l’eau dans la lignée des hominidés justifie une étude plus approfondie, y compris une analyse comparative plus large du renouvellement de l’eau chez d’autres primates. Certaines reconstructions évolutives placent les hominidés du Plio-Pléistocène dans des habitats riverains avec un accès constant à l’eau, ce qui élimine probablement une sélection de réduction des besoins en eau. La réduction du renouvellement de l’eau chez l’homme remet fortement en question ce point de vue, suggérant une sélection pour des adaptations comportementales et physiologiques afin de limiter la dépendance à l’eau libre pour boire. Pour les babouins vivant dans des habitats de savane semi-aride, la dépendance aux sources d’eau pour boire agit comme un lien écologique, limitant les déplacements quotidiens. Les communautés de chimpanzés dans les habitats de savane semi-aride semblent être également limitées par l’accès à l’eau. Les adaptations visant à réduire la demande en eau ont peut-être été essentielles pour permettre aux premiers Homo de s’aventurer plus loin des sources d’eau libre et de poursuivre une stratégie de recherche de nourriture physiquement exigeante lorsque le régime écologique de chasse et de cueillette a émergé et s’est développé tout au long du Pléistocène.