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Optimisation des performances, complexité des systèmes et confrontation aux limites
Un réveil dans la tête
Le cerveau humain contient cette horloge interne. Elle se situe dans une partie située à l’arrière de la tête – l’hypothalamus –, au niveau de ce que les anatomistes appellent le noyau
suprachiasmatique, à la croisée des voies visuelles, qui informent sur l’alternance jour/nuit
puisqu’il faut voir la lumière pour pouvoir se recaler sur les conditions environnementales
locales. Un tel rythme d’activité existe aussi chez les organismes qui ne sont pas soumis
aux alternances jour/nuit, comme ceux vivant au fi n fond des grottes ou ceux plus ou moins
profondément cachés dans le sol et qui souvent n’ont plus d’organe visuel. La raison en est
que le mode de vie de ces animaux est relativement récent au regard de leur évolution et qu’ils
ont gardé une trace de cette horloge biologique ancestrale. Elle leur permet de fonctionner
selon un rythme qui ne sera plus calé sur l’alternance jour/nuit. Cependant, chez des espèces
presque aveugles comme la taupe par exemple, un très petit nombre de cellules rétiniennes
suffi t à percevoir une variation de l’intensité lumineuse locale, et donc à rythmer l’activité
selon un schéma peu différent du nôtre.
Les gènes (clock, per…), les récepteurs nucléaires (ROR, PPAR…) ou les facteurs de transcription (Mef2) et les boucles régulatrices qui contrôlent ces rythmes sont partagés par de très
nombreuses espèces à la surface terrestre. L’observation de coupes de cerveau de drosophiles
permet en effet, grâce à un marquage fl uorescent, de localiser les neurones qui expriment le
gène per (pour période) et de voir comment ils sont affectés chez les mutants dont le rythme
d’activité est perturbé. On connaît aujourd’hui une dizaine de gènes que l’on retrouve chez
l’homme et la drosophile, ce qui montre que l’horloge biologique est une fonction déjà présente
chez de très lointains ancêtres, communs aux êtres vivants actuels. Les recherches sur la
drosophile permettent de mieux comprendre les mécanismes physiologiques et génétiques
qui contrôlent l’activité des organismes et d’étudier les facteurs à l’origine de perturbations
pathologiques ou environnementales (troubles du sommeil, décalage horaire, cancers…).
D’après André Klarsfeld (2009). Les horloges du vivant. Odile Jacob.
Figure 14
Le coq chante le lever du jour, les oiseaux migrent, les marmottes hibernent en hiver... Toutes les activités
des êtres vivants se déroulent de façon périodique, en suivant des rythmes observables et mesurables :
alternance veille-sommeil, reproduction saisonnière des végétaux (fl oraison) et des animaux, migrations
des oiseaux…
Optimisation des performances, complexité des systèmes et confrontation aux limites
Un réveil dans la tête
Le cerveau humain contient cette horloge interne. Elle se situe dans une partie située à l’arrière de la tête – l’hypothalamus –, au niveau de ce que les anatomistes appellent le noyau
suprachiasmatique, à la croisée des voies visuelles, qui informent sur l’alternance jour/nuit
puisqu’il faut voir la lumière pour pouvoir se recaler sur les conditions environnementales
locales. Un tel rythme d’activité existe aussi chez les organismes qui ne sont pas soumis
aux alternances jour/nuit, comme ceux vivant au fi n fond des grottes ou ceux plus ou moins
profondément cachés dans le sol et qui souvent n’ont plus d’organe visuel. La raison en est
que le mode de vie de ces animaux est relativement récent au regard de leur évolution et qu’ils
ont gardé une trace de cette horloge biologique ancestrale. Elle leur permet de fonctionner
selon un rythme qui ne sera plus calé sur l’alternance jour/nuit. Cependant, chez des espèces
presque aveugles comme la taupe par exemple, un très petit nombre de cellules rétiniennes
suffi t à percevoir une variation de l’intensité lumineuse locale, et donc à rythmer l’activité
selon un schéma peu différent du nôtre.
Les gènes (clock, per…), les récepteurs nucléaires (ROR, PPAR…) ou les facteurs de transcription (Mef2) et les boucles régulatrices qui contrôlent ces rythmes sont partagés par de très
nombreuses espèces à la surface terrestre. L’observation de coupes de cerveau de drosophiles
permet en effet, grâce à un marquage fl uorescent, de localiser les neurones qui expriment le
gène per (pour période) et de voir comment ils sont affectés chez les mutants dont le rythme
d’activité est perturbé. On connaît aujourd’hui une dizaine de gènes que l’on retrouve chez
l’homme et la drosophile, ce qui montre que l’horloge biologique est une fonction déjà présente
chez de très lointains ancêtres, communs aux êtres vivants actuels. Les recherches sur la
drosophile permettent de mieux comprendre les mécanismes physiologiques et génétiques
qui contrôlent l’activité des organismes et d’étudier les facteurs à l’origine de perturbations
pathologiques ou environnementales (troubles du sommeil, décalage horaire, cancers…).
D’après André Klarsfeld (2009). Les horloges du vivant. Odile Jacob.
Figure 14
Le coq chante le lever du jour, les oiseaux migrent, les marmottes hibernent en hiver... Toutes les activités
des êtres vivants se déroulent de façon périodique, en suivant des rythmes observables et mesurables :
alternance veille-sommeil, reproduction saisonnière des végétaux (fl oraison) et des animaux, migrations
des oiseaux…