La chronobiologie (Exposé – SVT – Collège/Lycée)

« minimale au milieu de la nuit (ce rythme se superpose au rythme court) tandis que celle de mélatonine (hormone sécrétée par une glande du cerveau et qui le renseigne sur la durée de l'éclairement/obscurité sur une période) est maximale en fin de nuit.

• Chez la femme , le cycle ovarien se déroule normalement sur 28 jours (mais cette régularité n'est pas toujours respectée car de nombreux facteurs, physiologiques ou exogènes, peuvent influencer le déroulement du cycle) .

• Quelques rythmes annuels sont également observables chez l'homme.

De nombreuses sécrétions hormonales suivent un tel cycle.

La sécrétion d'hormone folliculo-stimulante (FSH) est à son maximum en février tandis que celle de l'hormone lutéïnisante (LH) l'est en mars.

La température corporelle est au maximum en hiver et au plus bas au printemps.

La production d'immunoglobulines lgG (anticorps) est à son maximum au mois de septembre.

• La mortalité elle-même semble suivre un cycle circannuel : les décès à cause du cancer sont plus nombreux en décembre alors que les suicides sont plus fréquents vers la fin du mois de juin.

MANIFESTATIONS CYCLIQUES CHEZ l'ANIMAL Le cycle d'activité chez de nombreux animaux suit un rythme circadien.

Selon les espèces, cette activité est plus importante au cours de la journée (animal diurne) ou au cours de la nuit (animal nocturne) .

• Chez la petite drosophile , la mouche du vinaigre ou mouche des fruits, la synthèse de certains ARNs messagers (type d'acide ribonucléique indispensable à la fabrication des protéines à partir de l'ADN) suit un rythme circadien.

• Plusieurs espèces de crabes vivant sur le littoral (crabe v ert par exemple) montrent un cycle d'activité lié au phénomène des marées.

Ce cycle a une période de 12,4 heures et correspond soit à la montée des eaux soit à la baisse des eaux .

• Des rythmes annuels sont également très souvent observés.

Dans les régions tempérées, une phase de vie ralentie (hibemcrtion ou hivernation) pendant les périodes froides succède à une phase de vie active pendant les périodes chaudes.

Chez de nombreuses • espèces d 'oi­ seaux , des m ig r crtion s sont déclen­ chées deux fois par an.

La période de reproduction apparaît tous les ans à la même époque .

• Certains rythmes, plus complexes , se déroulent sur plusieurs années (rythmes pluriannuels).

La variation du nombre d 'individus dans une population animale peut suivre ce genre de rythme, en particulier dans le cadre d'une relation proie /prédateur.

Les fluctuations concomitantes de populations de lynx et de lièvres illustrent ce type de rythme dont la période est d'une dizaine d'années.

L'explication du phénomène est simple : les lynx mangent les lièvres accroissant ainsi leur population.

Les lièvres devenant plus rares , la population de lynx régresse faute de gibier.

De ce fait, la population de lièvre augmente et le cycle recommence .

MANIFESTATIONS CYCLIQUES CHEZ LES VÉGÉTAUX Au niveau cellu laire, on observe une alternance de contraction et de relâchement des vacuoles (petites structures qui contiennent les réserves en eau de la plante) dont la période est voisine d'une dizaine de secondes .

• Une grande variété de phénomènes circadiens peut être observée chez les plantes : l'ouverture et la fermeture des fleurs (phénomène sur lequel reposent les horloge s florales ) , l'ouverture et la fermeture des croissance et le mouvement des tiges, la position des feuilles (les feuilles de trèfle, par exemple , se replient sur elles­ mêmes pendant la nuit).

Au niveau biochimique, l'algue verte Ace/abu/aria mediterranea montre un optimum d'activité photosynthétique l'après-midi, vers 15h00 , et un minimum la nuit, vers 3hOO .

• La floraison est certainement le rythme annuelle plus visible chez les végétaux .

Elle survient à des dates différentes selon les espèces et selon les variétés.

Dans quelques cas, l 'apparition des fleurs peut aussi correspondre à un cycle de plusieurs années .

Le cas le plus extrême est sans doute celui du bambou dont certaines espèces ne fleurissent que tous les 10, 20 ou 100 ans ! Parmi les autres phénomènes annuels , il faut citer la croissance des bourgeons au printemps ou la chute des feuilles en automne chez les arbres à feuilles caduques .

L'algue brune Dictyota dichotoma montre un doub le rythme en ce qui concerne la libération des gamètes .

Un cycle long qui reproduit le phénomène tous les ans, et un cycle moyen au sein de la période de reproduction , où l 'on observe tous les 14, 5 jours une nouvelle libération de cellules reproductrices .

ORIGINE DES RYTHMES Les phénomènes rythmiques que l'on observe chez les êtres vivants sont d 'une grande variété tant au niveau de leur nature que de leur période .

De plus , certains sont totalement indépendants des facteurs environnementaux alors que d 'autres montrent une dépendance très étroite .

Il ne fait donc aucun doute qu'il existe une grande variété dans les mécanismes (oscillateurs) responsables de ces manife station s.

Certain s phénom ènes tiennent leur rythmicit é de processus purement chimiques ou physicochimiques .

Ce type d'oscillateur est à l'origine de rythmes métaboliques (synthèse de protéines , synthèse de glucides , etc.) très variés .

Les o scillations glycolytiques observée s dans des extraits cellulaires en sont un exemple classique.

Chez l'algue unicellulaire Gonyaulax , un être vivant très simple, les chercheurs ont identifié deux oscillateurs, l'un contrôlant la bioluminescence , l'autre contrôlant le comportement de nage .

Les algues marines acétabulaire s (petites algues vertes unicellulaires de la Méditérranée) ont une activité photosynthétique qui suit un rythme circadien .

Cette activité est sous le contrôle d 'un oscillateur génomique .

Des protéines impliquées dans la photosynthèse et synthéti sées en trop grande quantité exercent une inhibition sur leur propre processus de synthèse .

Lorsque leur concentration diminue , l'inhibition se lève et la synthèse recommence.

Chez l'homme , et sans doute chez de nombreux mammifères, il semble exister deux oscillateurs internes responsables des phénomènes rythmiques circadiens comme le sommeil , la variation de température un oscillateur fort, peu dépendant de l'environnemen~ et un oscillateur faible , plus sensible aux signaux extérieurs.

• L'oscillateur fort contrôlerait les rythmes de la température , de la sécrétion de cortisol et, vraisemblablement , celui du sommeil paradoxal (phase du sommeil caractérisée par le rêve).

Ces rythmes restent remarquablement stables en l'absence de signaux extérieurs comme l'alternance jour /nuit.

Du fait de sa stabilité , cet oscillateur est responsable de problèmes physiologiques liés aux décalages horaires qui peuvent durer plusieurs semaines .

L'oscillateur fort serait situé dans la région ventro ­ médiane de l'hypothalamus (contrôle une partie du système nerveux et du système hormonal) , à la base du cerveau .

• L'oscillateur faible contrôlerait les cycles veille /sommeil et les sécrétions hormonales dépendantes du sommeil (prolactine , hormone de croissance , etc.).

Cet oscillateur étant beaucoup plus sensible aux signaux extérieurs, les rythmes qu'il contrô le sont rapidement perturbés en l'absence de ses signaux .

En contrepartie, un dérèglem ent des rythmes peut rapidement être compensé par l'influence de l 'environnement.

En cas de décalage horaire , lors d'un transatlantique par exemple, le cycle veille /sommeil se synchronise très rapidement avec la nouvelle alternance jour/nuit.

L'oscillateur faible est situé dans les noyaux suprachiasmatiques du cerveau.

Des facteurs environnementaux influencent très directement les rythmes internes en jouant le rôle de synchroniseurs (« zeitgeber >> en allemand ou" donneurs de temps » ).

Ces facteurs présentent des variations cycliques naturelles qui vont dicter , ou influencer , la période de certains rythmes biologiques.

Le synchroniseur le plus puissant pour la plupart des espèc e s vivantes animales ou végétal es est l'alternance lumière /obscurité Gour /nuit).

Cette dernière fixe la péri ode des rythmes biologiques circadiens à 24 heures , alors que celle-là pourrait être un peu plus longue , ou un peu plus courte , sous l'influence des seules horloges internes .

La longueur des jours est un autre synchroniseur qui influe sur les rythmes ayant une longue période (rythmes annuels par exemple) .

Ce synchroniseur est responsable des comportements rep rodudeurs chez les animaux ou de la floraison chez les végétaux .

La température extérieure ou l'humidité de l'air sont également des synchroniseurs mais d 'importance moind re .

Chez l'homme, les synchroniseurs sociaux ont une importance majeure .

Les repos , le travail , les relations sociales, les rituels institutionnels sont autant d'événements qui nous situent dans le temps .

LES DÉPRESSIONS SAISONNIÈRES Il y a quelques années, les médecins ont identifié une nouvelle forme de dépression qui apparaît chaque hiver chez les personnes prédisposée s.

Pour cette raison , ces dépressions sont dites " saisonnières ».

L'enso le illement semble être un facteur déterminant car les épisodes dépressifs commencent d 'autant plus tôt que la personne réside plus au nord .

De même, plus de 80% des patients qui ont pu en faire l'expérience rapportent un effet bénéfique des voyages en direction de l'équateur.

C'est pourquoi des médecins ont eu l'idée de proposer des cures de photothérapie , d'exposition à la lumière, pour soigner ces troubles psychiques.

Efficace chez un grand nombre de patients, ce traitement offre l'avantage d'instaurer une rémission plus rapide qu'avec des antidépresseurs et de comporter beaucoup moins d 'effets secondaires nocifs .. »