«« LeLeççon de lumion de lumièèrere »»Les ondes et la vieLes ondes et la vie

Sophie LUMINEAU

Université de Rennes 1

UMR CNRS 6552 Ethologie Animale et Humaine

ComTech, 27 Janvier 2011, ParisComTech, 27 Janvier 2011, Paris

IntroductionIntroduction

Organisme

DEVELOPPEMENT

MAINTIEN

REPRODUCTION

Environnement - BIOTIQUE = SOCIAL- ABIOTIQUE = PHYSIQUE

Environnement

Organisme

Partenairessociaux

Congénèresfamiliaux

Partenairesexuel

PrédateursProies

CONSPECIFIQUES

HETEROSPECIFIQUES

ENVIRONNEMENT SOCIAL

Organisme

EnvironnementPerception sensorielle

Traitement de l’information Réponse / Réaction

INTERACTION ANIMAL – MILIEU SURVIE

Environnement - BIOTIQUE = SOCIAL- ABIOTIQUE = PHYSIQUE

Organisme

Informations environnementalesAgents

chimiques

• Ondes électriques

• Ondes magnétiques

• Lumière

Énergies électromagnétiques

et thermiques

• Ondes sonores

• Vibrations

Énergieset forces

mécaniques

Organisme

Informations environnementales

• Ondes électriques

• Ondes magnétiques

• Lumière

Énergies électromagnétiques

et thermiques

•• Ondes sonoresOndes sonores

•• Vibrations Vibrations

ÉÉnergiesnergieset forces et forces

mméécaniques caniques

Vibrations du sol

Déplacements de l’eau

• En profondeur • En surface

SerpentLigne latérale

chez les poissonsGerris

DéplacementPrédation

Déplacement collectif

Communication

Son et VibrationsSon et VibrationsSon = vibration mécanique qui se déplace dans l’air, dans l’eau ou dans d’autres solides, se propageant sous la forme d’ondes alternant les hautes et basses pressions.

Avec un substrat

Tambourinage du pic épeiche

Martèlement de la tête des

termites

Communication acoustiqueCommunication acoustique

Avec une partie du corps non spécialisée

Claquement de becs des albatros

TerritorialitéAttraction du

partenaire sexuel

Alarme Parade

Communication acoustiqueCommunication acoustiqueAvec une partie du corps spécialisée

Appareil stridulatoire des insectes

Le grillon Le criquet

Sac vocal des amphibiens

La rainette

Syrinx des oiseaux

Le pinson

Larynx et sac vocal des mammifères

Gibbon Chimpanzé Homme

LL’é’écholocationcholocation

Chauve-sourisDauphins

OrientationPrédation

Sonar

Organisme

Informations environnementales

•• Ondes Ondes éélectriqueslectriques

•• Ondes magnOndes magn éétiques tiques

•• LumiLumi èèrere

ÉÉnergies nergies éélectromagnlectromagn éétiquestiques

et thermiques et thermiques

• Ondes sonores

• Vibrations

Énergieset forces

mécaniques

�� Production de chocs Production de chocs éélectriqueslectriques

Les ondes Les ondes éélectriqueslectriques

le poisson éléphantLa raie torpille L’anguille électrique

• « Assommer » une proie / défense

• S’orienter : « électrolocalisation »

• Communiquer

• Organes électrogènes sur le flanc ou la queue

• Organes électro-récepteurs au niveau de la tête

�� RRééceptions de ondes ceptions de ondes éélectriqueslectriques

Les ondes Les ondes éélectriqueslectriques

• Ne produisent pas d’électricité mais la perçoivent

• Recherche alimentaire

L’ornithorynqueLe requin

(d’après Kalmijn, 1971)

�� Les champs magnLes champs magn éétiquestiques

Rôle important dans l’orientation

Les ondes magnLes ondes magnéétiquestiques

Tortue marine Pigeon voyageur

La danse des abeilles

Le soleil : indice cLe soleil : indice cééleste leste

Karl Von Frisch (1967)• Recherche alimentaire

30

Boussole solaire

Boussole magnétique

LL’’environnement est changeantenvironnement est changeantde manide manièère imprre impréévisiblevisible

Organisme

Cycle veille / sommeil

=Rythme journalier

Environnement VARIABLE

Cycle de reproduction

=Rythme saisonnier

Jour / Nuit Saison

Le rythme biologiqueLe rythme biologique

◦ Distribution temporelle périodique des phénomènes biologiques tant physiologiques que comportementaux (Reinberg 1990)

LL’’environnement est changeantenvironnement est changeantde manide manièère prre préévisiblevisible

Niche Niche éécologique => 3 dimensionscologique => 3 dimensions

niche écologique temporelle : Ensemble des dimensions de la niche écologique liée à la gestion du temps.

L’espace

Les ressources trophiques Le temps

Gauloisus asterixus

Rhabdomys pumilio

Souris à 4 raiesMustela furo Furet

Diurne = Photophile Nocturne = Photophobe

CrépusculaireArythmique

Carduelis chloris

Verdier Souris grise

(Aschoff, 1965)

(d’après Stockman et al., 1985)

(d’après Drewsbury, 1980)

(d’après Drewsbury, 1980)

Temps (heures)

Jour

s

1

5

10

15

20

2518 24 1212 6

Rythme circadien(latin circa = environ, diès = jour)

= rythme endogène dont la période est comprise entre 20 et 28 heures.

écureuil volant(Glaucomys volans)

En conditions constantesEn conditions constantes

t = 23,5 h

(d’après Decoursey, 1960,1961)

LL’’alternance jour / nuit synchronisealternance jour / nuit synchronise

� Passage de conditions constantesen conditions photopériodiques

Jour

s

0 2412Heure

Phénotype rythméRythme circadien en DD

t=22,5 h

Rythme journalier en LD

• Le rythme persiste avec une période de 24h imposée par l’alternance jour / nuit => Synchronisation externe ou entrainement

Caille japonaiseCoturnix c. japonica

(Lumineau, 1998)

DDééterminisme externeterminisme externe� Rôle de la lumière

• La lumière constante inhibe l’expression rythmée

DD

LLdim

LLbright

0Hours

24 48

0

10

20

30

Day

s

40

x = 22.8 he = 1.9 %

Power (%)

Period (h)

Period (h)Power (%)

Period (h)

Power (%)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

DD LLdim LLbright

Cai

lles

(%)

Rythmé

Arythmique

Protocole : Conditions lumineuses constantes : DD => LLdim => LLbright

(Lumineau & Guyomarc’h, 2003)

Influence de la lumiInfluence de la lumièère chez lre chez l’’hommehomme

(D’après Touitou et al., 1992 et Lemner et al. 1994)

Les rythmes chez l’homme

� Défaut de perception de la lumière◦ 40% des aveugles ont des troubles des rythmes

� Effet de la lumière◦ Sur la synchronisation des travailleurs postés

◦ Sur les décalages horaires

Les saisonsLes saisons

Inclinaison : 23,5°

Cycle de révolution de la terre autour du soleil : t=365j et 6h

Jourscroissants

Joursdécroissants

Jourslongs

Jourscourts

Cycle biologique annuelCycle biologique annuel

Reproduction

Hibernation

Migration saisonniMigration saisonnièèrere

TranshumanceTranshumance

En Conditions ConstantesEn Conditions Constantes

Spermophile

t=11 mois

Rythme circannuel = rythme endogène dont la période est proche de 12 mois.

(Pengelley et Fisher, 1960)

Synchronisation des rythmesSynchronisation des rythmes

� Facteurs ultimes

= facteurs distaux

= Facteurs de l’environnement favorables à la survie des jeunes en couvrant aussi les besoins énergétiques des parents.

⇒ La température, les disponibilités alimentaires…

� Facteurs immédiats= facteurs proximaux

= Facteurs de l’environnement qui informent de l’évolution des facteurs ultimes

=> la photopériode

� Photopériodisme : capacitéà mesurer la durée du jour, àdiscriminer les jours courts, les jours longs, les jours croissants et décroissants.

Action par anticipation

Influence de la lumiInfluence de la lumièère sur le re sur le ddééveloppement sexuelveloppement sexuel

LD 15:9 + chants de mâles

LD 15:9

LD 12:12 + chants de mâlesLD 12:12

Développement sexuel de cailles japonaises mâles (Kerlan et al., 1988)

La lumière régule ou dérègle

� Chez l’homme◦ Dépression saisonnière

◦ Améliorer avec une photothérapie quotidienne

� En élevage◦ Maitrise de la reproduction

� En milieu urbain◦ La température est plus haute◦ La lumière est allongée

Ex: Les oiseaux chantent la nuit

CONCLUSIONCONCLUSION

Organisme

ALIMENTATION

COMMUNICATION

Environnement

DEPLACEMENTORIENTATION

REGULATION DES FONCTIONS

Les ondes sont essentielles à la vie…

Merci de votre attentionMerci de votre attention

Merci de votre attentionMerci de votre attention

� Pulse de lumière

Actogramme d’activitélocomotrice d’une souris à pattes blanchesPeromyscus leucopus

Le passage lumière / obscuritésynchronise l’activité d’un nocturne

LD 1:23

DD

t=24h

t

t = 27 h

Actogramme d’activité de deux hamsters dorés en DD

(Mesocricetus auratus)

PPéériode circadienne spriode circadienne sp éécifiquecifique

Chez l’homme

Actogramme d’activité d’un homme « hors du temps »

t = 25 h

I - LES INFORMATIONS ENVIRONNEMENTALES

�� La lumiLa lumi èèrere

Caractérisée par: intensité, longueur d’onde, coule urs

�� Des photorDes photor éécepteurscepteurs

�� DiversitDiversit éé des Organes sensorielsdes Organes sensoriels

La lumiLa lumièèrere

�� Les radiations infrarouges et la tempLes radiations infrarouges et la temp éératurerature

- Chaleur = rayonnement infrarouge- Sensibilité au chaud/froid est liée aux variations de

température de la peau

- Perception directe du rayonnement infrarouge chez certains serpents

Organes sensoriels spécialisés

�� Des thermorDes thermor éécepteurscepteurs

4 – Vision des couleurs� Rôles de la perception des UV

◦ 1 - Recherche alimentaire� Fleur, le pattern UV proche du fruit => pollinisation

◦ 2 – Reconnaissance spécifique et sexuelle

LumiLumièère et disponibilitre et disponibilitéé alimentairealimentaire

Grèbe huppéPodiceps cristatus

Eperlan Podiceps cristatus

Activitéalimentairedes grèbes

Distribution verticale

des éperlans

Nb présents Nb plongeant(d’après Piersma et al., 1988)

LumiLumièère et rythme de prre et rythme de préédationdation

Guillemot de Brünnich

Uria lomvia

Goéland bourgmestre Larus hyperboreus

Fréquence d’envol

Jeunes de 3 semaines

% tués

20h – 24h => baisse de luminosité (d’après Daan, 1981)

Eté arctique