La thermorégulation chez les animaux

« Les réseaux admirables sang veineux (chaud) -----+-- SE RASSEM BLER Les animaux se blottissent les uns contre les autres pour se tenir chaud , aussi bien les chiots dans leur panier que les manchots sur la banquise ou les bœufs musqués dans la toundra .

Même des insectes plutôt peu sociaux comme les coccinelles ou certaines punaises se rassemblent pour passer l'hiver.

S E HtRISSER permet de reprendre en quelques heures plusieurs dizaines de degrés .

HIBERNER Les po·1kilothermes s'engourdissent naturellement dans le froid .

Chez les homéothermes , il ne peut s'agir que d 'un processus secondaire , toujours contrôlé .

On le rencontre chez les oiseaux (engoulevents) et les mammifères (surtout chez les rongeurs , mais aussi chez les lémuriens, les carnivores , etc.).

La température interne descend à des niveaux normalement mortels : celle de l' oun ...------------- .....

------------ - Les animaux à plumes ou à poils THER MORtGULATION Certains des plus gros po"1kilothermes actuels , qui sont les poissons carnassiers (espadons, thons, requins) , possèdent des systèmes d'irrigation vasculaire à contre-courant, appelés « réseaux admirables » , qui leur permettent de conserver une chaleur interne élevée .

Leurs veines sont étroitement associées aux artères, et récupèrent une partie de leur chaleur : le sang des artères se refroidit avant d'atteindre les parties périphériques du corps et se réchauffe en remontant par les veines.

Cela crée un « gradient thermique » à l'intérieur du corps , qui diminu e les pertes de chaleur et augmente l'efficacité des muscles profonds .

Un système similaire existe chez les mammifèns marins, dans les fosses nasales des mammifères terrestres et dans une moindre mesure dans leurs membre s.

Posséder un système de régulation thermique élaboré est un avantage dans l'exploitation des ressources du milieu et dispense d'adaptations " coûteuses " comme la présence de plusieurs gammes d 'enzymes pour une même fonction cellulaire.

En contrepartie, beaucoup d 'énergie sera consacrée au maintien de la température interne idéale.

BALANCE THER MIQUE l'idéal est évidemment de ne consacrer aucune énergie particulière au maintien de la température corporelle, le fonctionnement nature l de l'organisme compensant exactement la perte de chaleur.

Cela se produit pour une fourchette de températures extérieures appelée zone de neutralité thermique .

Si la température est inférieure , l'organisme consacre de l'énergie à la lutte contre le froid .

Plus la température est basse , plus la dépense énergétique est forte (elle augmente aussi d 'autant plus vite que l'animal est petit).

En dessous d'un certain seuil, différent selon chaque espèce, la régulation ne fonctionne plus : l'organisme cesse de lutter contre le refroidissement et sa température interne commence à descend re .

Dans le cas inverse, au­ dessus de la zone de neutralité thermique, l'organisme est aussi capable de lutter contre la chaleur , mais la quantité d'énergie utilisable est plus faible et la régulation fonctionne pour des variations de température moins importantes .

D 'autres éléments semblent confirmer une prédisposition des homéothermes à lutter contre le froid plutôt que contre la chaleur.

Coma thermiqu e Leur " coma thermique » est situé très peu au-des sus de leur température normale .

2 à 3 °C supplémentaires suffisent parfois à provoquer des dégâts irréversibles ou la mort (41,5 °c chez l'homme) , alors que certains peuvent se refroidir considérablement.

Récepteurs cutané s Chez l'homme, comme chez la plupart des homéothermes , les récepteurs sensibles au froid (terminaisons libres et corpuscules de Krause) sont plus nombreux et situés dans une partie plus s uperficiell e de la peau que les récepteurs sensibles à la chaleur (terminaisons libres et corpuscules de Ruffini) , situés dans le derme profond .

Certaines familles , comme les félins , n 'ont aucun récepteur sensible à la chaleur dans la peau du dos.

Sensa tions La peau de nos mains est habituellement à une température d 'environ 33 °C.

Pour éprouver une sensation de chaleur intense, il faut qu'elle augmente de 3 ou 4 °c, alor s qu'une baisse de l ou 2 °C suffit pour nous procurer une sensation de froid .

LUTTE CONTRE LE FROIO Quand ils ne peuvent pas se déplacer pour se mettre à l'abri, les homéothermes utilisent des moyens multiples pour augmenter leur chaleur.

Une partie de ces moyens est commune aux po·1kilothermes.

S E BLOTTI R Il s'agit là encore de réduire sa surface en rentrant tout ce qui dépasse .

Par exemple, les petits félins replient leur s pattes sous eux.

peuvent augmenter leur isolation en emprisonnant plus d 'air dans leur plumage ou dans leur fourrure .

Les poils des mammifères se redressent sous l'action de leurs muscles horripilateurs.

Dans les régions à s aisons marquées , les animau x adoptent un plumage ou un pelage d 'hiver beaucoup plus épais .

BOUGER f FRISSONN ER Des exercices musculaires volontaires peuvent être utilisé s.

Le planton bat des pieds dans sa guérite ou se bat les flancs .

Involontairement , il se met à frissonner , c'est-à-dire à contracter simultanément des muscles antagonistes .

PRODUIRE UNE CHALEU R NON- M USCULAIRE Chez les homéothermes , le maximum de chaleur est obtenu par la combustion de la graisse brune .

Celle-ci n'est abondante que chez les animaux hibernants et les nourrissons (incapab les de frissonner ).

Elle doit sa couleur à sa fonction : contrairement au tissu adipeux normal Gaun e), elle possède de très nombreux capillaires sanguins (globu les rouge s) et ses cellules sont bourrées de mitochondrie s, centrales énergétiques remplies de cytochromes (une molécule rouge ).

Les mitochondries de la graisse brune ont un fonctionnement « anormal » : une protéine appelée thermogénine y empêche la production d'ATP (molécule énergétique ) , de sorte que tout part en chaleur.

La graisse brune joue un rôle très important chez LUTTER CONTRE LA CHALEUR Comme pour la lutte contre le froid , les petits animaux sont désavantagés dans la lutte contre la chaleur , et pour la même raison : le rapport surface /volume de leur corps est plus important et ils reçoivent donc plus de chaleur du milieu environnant.

La lutte contre la chaleur repose en effet essentiellement sur la capacit é d ' évaporation .

À 20° C, la transformation d'un gramme d'eau en vapeur néce ssite 2 475 joules (à peu près la chaleur produite en 25 secondes par une personne au repos).

Transpirer est donc une façon très efficace de se rafraîchir , à condition de disposer d 'eau en quantit é suffisante .

Les dromadains , de masse importante , se déplacent dans le désert en plein soleil, les petits animaux passent leurs journées dans leurs terriers , sous peine de mourir déshydratés .

Pour augmenter l'apport d 'eau et l'évacuation de la chaleur, les vaisseaux cutanés se dilatent alors qu'ils se contractent pour lutter contre le froid .

Beaucoup de mammifères ont une épaisse fourrure et ne peuvent donc pas transp irer efficacement (le chien n'a pas du tout de glandes sudoripares ).

Ils ont mis en place des procédés alternatifs.

Certains marsupiaux, par exemple , salivent et se lèchent , comme les rats-kangourous de la famille des Potoridae.

Le plus simple est évidemment, si le milieu le permet , de prendre des bains , comme le font les buffles ou les éléphants.

La plupart des gros mammifères halètent (seuls les primates en sont incapables ) : il s'agit d 'augmenter l'évaporation au niveau des poumon s, l 'air expiré étant toujours saturé en humidité.

Le halètement se déclenche dès le début de l'activité et se produit à la fréquence naturelle des oscillations du thorax : il les mammifères comme la marmotte à est donc facilement autoentretenu , leur sortie d 'hibernation : elle leur pour une dépense musculaire faible .

Il présente l'avantage supplémentaire de ne pas consommer de sels minéraux , contrairement à la transpiration .

SYSTÈ M E DE RtGULA TION Il est extrêmement complexe et implique un ensemble d'organe s et de processus neurologiques et hormonaux en interaction .

Thermo récepteu rs Ils sont de plusieurs types et situés dans différentes régions .

Les récepteurs profonds sont les plus importants , même si les récepteurs cutanés apportent une information plus rapide et plus localisée.

Ceux-ci jouent en quelque sorte le rôle de sentinelles : ils peuvent déclencher une réaction alors que la température centrale n'es t pas encore modifiée , il s'agit en quelque sorte d 'une régulation « préventive ».

Les récepteurs profonds ne produisent pas une information locali sée : nous éprouvons une sensation de froid , sans en connaitre l'origine.

Cela vient du fait qu'ils n'informent pas notre cortex cérébral en même temps que ! 'hypothalamus, comme les récepteurs cutanés .

Cette glande , située en dessous du cerveau , joue un rôle central dans la thermorégulation , particulièrement son lobe préopt ique (sa partie avant ), qui est en quelque sorte le thermo stat des homéothermes .

Le lobe préoptique possède des neurones sensibles à la température du sang qui l'alimente: certains sont sensibles au froid, d 'autres à la chaleur , un troisième groupe jouant le rôle de «témoin ».

!'hypothalamus agit sur tout un ensemble de réactions organiques (tran spiration , dilatation ou contraction des vaisseaux cutanés, consommation des graisses brunes ), soit directement , soit par une action hormonale sur d'autres organe s, ce qui produit une réaction plus lente .

Il agit ainsi sur les glande s médullosurrénales (situées au­ dessu s des reins ), qui produisent l'adrénaline responsable de la consommation des grais ses brunes.

Il agit auss i sur la thyroïde, qui augmente l'activité métabolique générale .

Une autre glande cérébrale joue un rôle important dans la thermorégulation : l 'épiphyse (ou glande pinéale ) .

Elle produit la mélatonine, hormone qui fait baisser la température interne aussi bien che z les homéotherme s que chez les po·1kilotherme s.

l'épiphy se est aussi liée aux rythmes circadiens et la mélatonine au sommeil : la nuit, la température des homéothermes baisse habituellement d 'un ou deux degrés .

LES PATIES DU DROMADAIR E Les dromadaires présentent toute une série d'adap ta tions contre la déshydratation, mais aussi contre l'hyperhermie.

La plus spectaculaire est leur tolé rance au x variations de températ ure : la nuit, leur tempéra ture peut descendre jusqu'à 34 °c, pour monter dans la journée jusqu'à 41-42 °C.

lis font en q uelque sorte des réserves de froid la nuit, qui leur évitent autant de transpiration le jour.

Cela leur est facilité par la concentration de leurs graisses dans leur bosse : leur peau est d'autant moins isolée et permet une meilleure perte de chaleur.

Ils ont aussi de très grandes pattes qui les éloignent du sol brûlant.. »