Adaptations Morphologiques, Physiologiques et Comportements des Animaux aux Variations de Température PDF

Claudel Elisa Biologie Animale Adaptations Morphologiques, Physiologiques et Comportements des Animaux aux Variations de Température Intro : De nombreuses espèces d’animaux ont été soumises à des modi cations de la morphologie, du...

Claudel Elisa Biologie Animale Adaptations Morphologiques, Physiologiques et Comportements des Animaux aux Variations de Température Intro : De nombreuses espèces d’animaux ont été soumises à des modi cations de la morphologie, du comportement et de la physiologie au cours du processus ontogénétique. De telles adaptations ont été in uencées plus ou moins par les variations de température. Lorsque la température est basse, les mécanismes adaptatifs des animaux tendent à réduire les pertes de chaleur du corps mais quand la température est élevée, les pertes d’énergie augmentent. Homéotherme : température corporelle constante quelque soit la température. I) Adaptation morphologique des animaux aux variations de température La règle de Bergmann : concerne le rapport entre la taille des animaux et la température ambiante. —> dans un groupe systématique d’espèce homéothermes, la taille du corps est plus grande chez les animaux habitant les régions froides. C’est le cas des manchot empereur = Aptenodytes forsteri (120 cm pour 35kg), ils sont grands mais très peu de surface est en contact avec la terre contrairement aux manchots des Galápagos = Sphenscus mendiculus (50 cm pour 5 kg). Entre ces espèces, on trouve le manchot royal = Aptenodytes patagonicus (90cm) et le manchot Adélie = Pygoscelis adeliae (70cm). fl fi  —> le volume et le poids d’un organisme augmentent en proportion directe avec la mesure cubique de des dimensions linéaires et la surface du corps avec la mesure carrée. La règle d’Allen : fait référence à la corrélation entre les différentes extrémités du corps et la température ambiante. —> oreilles plus petites = perte de chaleur diminuée —> oreilles plus grandes = quantité plus importante de transpiration Cas du fennec, petit renard vivant dans le désert qui a des grandes oreilles et un museau allongé contrairement au renard arctique avec des petites oreilles. Entre les deux, on retrouve le renard européen vivant dans un climat tempéré. —> Dans les régions tropicales et tempérées, pour éviter la surchauffe, les coléoptères du désert se sont adaptés morphologiquement : - allongement des pieds - Coloration claire du corps - Élytres recouvert de poils blancs thermo- isolants  II) Adaptations physiologiques et aux variations de température A) Estivation ou sommeil d’été Estivation : Adaptations complexe typique des invertébrés et des vertébrés inférieurs qui vivent dans des biotopes secs : le métabolisme est réduit ou ils deviennent inactifs. L’estivation consiste à éviter le facteur thermique de différentes manières : - se cache dans le sol, sous des pierres ou des feuilles - Arrête de manger - Diminution temporaire des fonctions métaboliques Les animaux se réveillent rapidement de l’estivation. Le métabolisme se met rapidement en route permettant qau corps de récupérer facilement. Ce phénomène se trouve chez : - les protozoaires - Les crustacés inférieurs - Les gastéropodes - Les poissons - Misgurnus fossilis - Les larves de libellule - Les tortues du désert - Les spermophile / écureuils terrestres - Les souris bouleau - Les lémuriens de Madagascar - Les hérissons du désert Lorsque la végétation s’assèche (peu de végétation ou absence totale, aucune humidité = climat très sec), ces animaux passent directement de l’estivation à l’hibernation, de sorte que leur vie active se limite à 3-4 mois par an. Cas de la tortue russe, du spermophile Eversman et du petit écureuil terrestre.  B) État de torpeur État de torpeur : adaptation à basse température, est une diminution extrême du métabolisme et donc la température corporelle atteint la température ambiante. Ce phénomène se trouve chez : - les invertébrés : vers, insectes, mollusques - Les vertébrés poïkilothermes : poissons, amphibiens, reptiles - Amoeba proteus : kyste en cas de courant d’air L’état général des animaux est dicté par le froid en réduisant les processus métabolique de leur corps. Il n’y a pas d’état de torpeur en l’absence de froid. Mais cela reste différentes de l’hibernation C) Hibernation partielle (sommeil hivernal, léthargie des carnivores) Hibernation partielle : adaptation des mammifères hétérothermes pour survivre à la basse température. Les animaux hétérothermes comprennent : l’ornithorynque, la taupe, l’écureuil, le blaireau, l’ours européen et américain Ce phénomène se retrouve aussi chez certains marsupiaux : opossum nord-américain, souris marsupiale et certains paresseux.  D) Hibernation Hibernation : phénomène biologique, périodique et régulier —> la température corporelle se réadapte à des niveaux inférieurs atteignant presque la température ambiante et où les rythmes cardiaque, respiratoire et les autres fonctions vitales sont abaissés. C’est un phénomène génétiquement déterminé des animaux homéothermes. Les animaux adoptent la position de sommeil et peuvent se réveiller à tout moment. L’hibernation est cyclique, se répète périodiquement, même si les mois d’hiver sont doux et que la température atteint presque 20°C. Il y a accumulation et stockage de glycogène dans le foie et les tissus musculaires avant le début de l’hibernation. Dès l’automne, les hibernants sons soumis à des modi cations des fonctions vitales ( ux sanguin, respiration, thermorégulation) qui déclenchent l’hibernation sous l’action de certains facteurs abiotiques externes (température, lumière, pression atmosphérique). Dans les zones tempérées, la baisse des températures à 2-10°C déclenche l’hibernation des animaux. Des études sur des hibernants ont révélé que leur température rectale est supérieure de 0,5 à 3°C à la température ambiante. Le taux métabolique basal est réduit dans une large mesure, atteignant même 90% du taux normal. La fréquence cardiaque et la fréquence respiratoire ont diminué de manière signi cative. Les animaux faisant l’hibernation pendant 3 mois max : - le hérisson : diminution à 6-8 respirations/min et il ya parfois intéruption respiratoire pendant 5-10min et une fréquence cardiaque de 24 bpm fi fi fl  - La marmotte : fréquence cardiaque de 2-4 bpm Autres animaux en hibernation pendant 3 à 6 mois : - certaines espèces de chauves-souris - Écureuils terrestres - Loirs - Hamsters européens - Engoulevent pourri (seule espèces d’oiseau) E) La diapause La diapause est caractérisée par : - diminution du métabolisme - Retard temporaire dé développement - Résistance accrue de l’organisme aux conditions environnementales défavorables comme les températures extrêmes, la sécheresse ou la disponibilité réduite de nourriture. Elle est génétiquement déterminée. Elle est typiques de certains insectes et affecte tous les stades évolutifs de l’œuf à l’adulte. Elle peut se produire chez les invertébrés tels que les acariens, les crustacés, les rotifères et les éponges.  La diapause nécessite une phase dé préparation (prédiapause) où certains changements ont lieu : - la mitose s’arrête - Les tissus se déshydratent - Certains nutriments,s’accumulent dans l’organisme - La respiration devient lente - Les changements biochimiques sont controlés par des hormones, ce qui explique pourquoi les réponses des anthropodes en diapause diffèrent de celles qui sont actives. Elle est induite par l’altération de facteurs : - les températures - L’humidité - La lumière - Les aliments Le facteur principal déclenchant est la photopériode. Les animaux vivant dans des régions sèches et désertiques sont sujet à la déshydratation. Pour l’éviter, certaines espèces de poissons d’eau douce, si immergent dans la boue et se recouvre d’une capsule protectrice faite de boue et de mucus. Ils restent dans la boue tant que la sécheresse dure, devenant actifs après la première pluie. F) La quiescence ou la dormance Quiescence : aussi appelé dormance, se caractérise par un repos transitoire, déterminé par des conditions dif ciles. L’activité des organismes est réduite en raison de l’impact en raison de l’impact soudain de la température ou de l’intensité lumineuse. Elle n’est pas déterminée génétiquement. Les animaux entrent et sortent de cet état rapidement contrairement à la diapose. Dans des conditions favorables, les animaux au repos reprennent leurs activités. fi  III) Adaptations comportementales aux variations de température A) La migration Migration : représente les phénomènes de déplacements en masse ou individuel des animaux d’une zone (région) à une autre, avec un retour aux écosystèmes initiaux à un moment. Par ce déplacement, les animaux se soustrait aux conditions défavorables du milieu où ils y sont soumis. Les causes de la migration sont expliquées à travers 2 théories principales : La théorie des causes historiques et la théorie physiologique. Théorie des causes historiques : provoque l’adaptation des animaux à la succession des périodes glaciaires et interglaciaires Théorie physiologique : basée sur l’apparition périodique des états vitaux se trouvant à la maturité sexuelle et à la reproduction ; stimulis endocriniens endogènes (thyroïde, hypophyse, surrénal, pancréas). Théorie uni-causale : photopériode Les causes de la migration sont les facteurs climatiques, alimentaires, topiques et physiologiques. Les organismes faisant la migration : Les invertébrés planctoniques : le zooplancton se laissent transporter par les courants passivement (migration passive) alors que le phytoplancton se déplacent activement La moule d’eau douce : 2 migrations en automne et au printemps La langouste  B) La migration des amphibiens Migration de décalage à des ns de reproduction et d’alimentation (pas vraie migration) C) La migration des reptiles Ne migrent pas mais se déplacent sur de longues distances = ÉRATISME, vagabondage Tortue Caouanne (Caretta caretta) D) La migration des insectes Criquet (Locusta migratoria) : Causes multiples de migration : - le principal facteur est le manque de nutrition - La transpiration serait un autre facteur important fi  On a constaté qu’à 35°C, la femelle criquet élimine environ 10 mg d’eau par heure, ce qui signi e que 1 million d’individus éliminent 10L d’eau par heure. L’eau de leur corps provient des plantes consommées, c’est pourquoi on peut af rmer que les grillons mangent pour « soulager leur soif ». Des cas typiques d’émigration, puisqu’aucun d’eux ne revient (chez les papillons) : - Vanessa atalanta ou Pyrameis cardui, qui vole de l’Europe de Sud vers la partie occidentale du continent. - La pieride du chou (Pieris brassicae), pratique également une activité aérienne, passant dans de nombreux sommets alpins; Il existe un seul papillon migrateur et connu à ce jour qui effectue un retour de migration : le papillon monarque ou Danaus plexippus, un grand papillon de 10-12cm de large et la couleur de son corps est appréciable (orange avec des lignes noires et blanches). fi fi  E) La migration des poissons Dans le cadre d’un même environnement. La migration est dirigée par l’instinct de reproduction, l'action deshormones pouvant modi er des aspects physiologiques caractéristiques. Les poissons qui migrant en eau douce sont considérés par certains auteurs comme des « demi-migrants» - le barbeau - reproduction - Salmotruttafario - reproduction d'automne - migration verticale du Comephorus baicalensis - migration alimentaire d Clupea harengus vers le NO de la Scandinavie D'après leur mode de vie, les poissons qui vivent dans les eaux de la mer sont divisés : poissons pélagiques (vivant dans les eaux de surface) poissons benthiques (qui vivent au fond des eaux). Dans la Mer Noire : poisson pélagique : - l'anchois commun (Engraulis encrassicholus ) - chinchard ( Trachurusmediterraneus ) poissons benthiques( Scophthalmus maeoticus ) La migration des poissons dans des environnement différents : les diadromes : poissons migrant pour la reproduction, qui migrent entre la mer et l’eau douce pour se reproduire - anadrome - espèces migrant des eaux salées des mers et des océans vers les eaux douces des euves et des rivières (esturgeon) fl fi  - catadromes - espèces migrant des eaux douces vers les eaux salées (anguilles). les amphidromes : poissons migrant de l’eau douce à l’eau de mer et inversement, sans que leurs migrations soient liées aux phases de leur cycle de reproduction. Migration bidirectionnelle sans but de reproduction. - anadromes - de l’eau salée à l’eau douce = Acipenseridae (esturgeon, bélouga, sevruga) avec une phase de développement dans le Danube et une dans les rivières intérieures. Ces espèces sont aussi eurythermales (elles peuvent fonctionner à une large gamme de températures corporelles différentes) et euryhalins (est capable de s'adapter à une large gamme de salinités).  Les saumons (anadromes) font aussi la migration. Ils sont des cousins de la truite vivant dans les eaux de nos montagnes, mais beaucoup plus grands que celle-ci. Ils sont répandus dans le Paci que et l'Atlantique Nord, ils supportent très bien les différences de salinité (espèces euryhalines) et ne se nourrissent pas pendant la migration de reproduction. Le saumon (Oncorhynchus keta ) : - une espèce plus connue, vivant dans l'océan Paci que et migrant dans le lit du euve Amur des Iles Kouriles - peut migrer jusqu'à 1 600 km - l'arrivée des saumons ketas dans l'Amur se produit sur deux périodes : juin et septembre Changements physiologiques et morphologiques des poissons : Les os de la face, dents, couleur du corps avant et pendant la migration entre l'eau douce et l'eau salée. Reproduction : Les femelles pondent leurs œufs près des sources de l'Amur très oxygénées. Elles construisent leur nid en agitant le gravier du fond avec leurs nageoires et leur queue. Dès qu'elles ont creusé une dépression, elles s'y installent et déposent leur premier lot d'œufs. Ensuite, les mâles se déplacent ensuite à côté et déposent leur sperme, appelé laitance, sur les œufs. En n, les femelles ratissent leur queue d'avant en arrière pour recouvrir le nid avec du gravier meuble. fi fi fl fi  Cependant, seul un petit pourcentage de saumons vit pour atteindre leur cours d'eau natal ; sans oublier que les saumons ne se nourrissent pas du périple, vivant sur les réserves accumulées au cours de sa vie marine. L'incubation automne et hiver dure 5 à 10 semaines. L'éclosion a lieu en avril et les poissons nouvellement éclos restent dans le gravier pendant plusieurs semaines avant de nager dans l'eau libre. Lorsque les calottes glaciaires ont fondu n avril, elles commencent à migrer vers la mer, l'atteignant en juin-juillet où elles se nourrissent de plancton. Au début de l'automne, ils sont transportés vers l'océan par le courant du euve et ils y passeront quelques années avant de migrer ainsi que les adultes. Les anguilles (catadromes), contrairement aux saumons, migrent de l'eau douce vers le sel et de nombreuses personnes, à commencer par Aristote, ont trouvé leur vie mystérieuse. Le professeur danois J. Schmidt qui a réussi à attraper les plus petites larves d'anguille de la mer des Sargasses avec une salinité de 37-38 et élucide ainsi le mystère du lieu de reproduction de l'anguille, L'anguille est une métaphore de l'insaisissable, du glissant et du mystérieux, principalement en raison de son cycle de vie inhabituel. fi fl  F) La migration des oiseaux C’est le phénomène le plus fascinant : - oiseaux migrateurs : changent leur aire de répartition suite aux variations climatiques des saisons - Oiseaux sédentaires : ne quittent pas leurs terres et l’aire de reproduction est superposée à l’aire d’hivernage. Les oiseaux se déplacent du lieu de nidi cation en hiver pour retourner au biotope originel. fi  Les raisons sont les suivantes : - temps - Climat - Aliments - Instinct de conservation La durée est variable de quelques semaines à plusieurs mois. Les records de la migration : La plus longue distance : bécasse eurasienne 20 000 km = populations du Nord et d’Asie migrent vers le sud de l’Europe Altitude la plus élevée : oies sauvages 8000m = oies, canards, pélicans et grues font un « V » avec la pointe tournée dans le sens du vol La plus rapide : le martinet noir (Apus apus) 500-1000 km/jour = ils passent 3 à 3,5 mois en Afrique, la période de reproduction est similaire, le reste de l’énergie est dépensé sur l’aile, le retour se fait sans arrêt. L’heure de départ est souvent déterminée par le cycle lumineux, et commence dès le premier jour de moins de 17h de lumière. Migration de la cigogne blanche : - depuis leurs aires de reproduction estivale en Europe en août et septembre - Direction l’Afrique - Retourner en Europe vers n mars et avril - Éviter une longue traversée maritime au-dessus de la Méditerranée C) La migration des mammifères La migration n’est pas aussi étendue que chez les oiseaux : - la vitesse de marche est relativement lente - Grande consommation d’énergie fi Les causes de la migration des mammifères : - recherche de sites d’hivernage - La reproduction - Fournir une alimentaion abondante Les mammifères migrent 2 fois par an : - en automne à basse altitude - Au printemps à haute altitude dans les montagnes  Les gnous (Connochaetes taurinus) et les zèbres voyagent plus de 1600 km dans leurs migrations saisonnières. Les éléphants parcourent de grandes distances à la recherche des meilleurs approvisionnements en nourriture et en eau. Les chauves souris : En hiver, lorsque le nombre d’insectes est moins abondant, elles migrent vers des zones où la nourriture n’est pas rare. Il existe des espèces, qui pendant l’hiver, au lieu de migrer, se sont adaptées à l’hibernation. La Noctule et la Pipistrelle de Nathusius se déplacent, par exemple, de la Pologne dans la région du Lac Léman pour passer l’hiver dans des conditions moins dures (un voyage de plus de 1000 km). D’autres effectuent des migrations moins importantes comme le Grand Maurin qui passe l’été en Valais et hiverne dans la région de Valence. En 2022, une jeune chauve-souris femelle pesant à peine 7g a parcouru plus de 2400 km de la Russie aux Alpes françaises : le plus long vol de chauve-souris jamais enregistré. Cette chauve-souris Pipistrelle de Nathusius bat ainsi le record précédent établi en 2017 par un autre individu de la même espèces qui avait parcouru 2222 km, de la Lettonie à l’Espagne.  Le cerf Guanaco (Lama guanicoe) : se trouvent dans les montagnes d’Amérique du Sud, du Nord du Pérou et de l’Equateur au Sud du continent. Au printemps, les guanacos montent dans les hautes terres alpines, où ils trouvent d’abondantes sources de nourriture. Lorsque la période sèche commence, retour dans les vallées des montagnes.  IV) L’hypobiose larvaire L’hypobiose larvaire : - adaptation physio-comportementale - Est spéci que aux nématodes parasites des animaux domestiques et sauvages - Consiste à interrompre le développement de la larve à un stade pré-adulte (stade larvaire 3, 4 ou 5) - Se passe à l’intérieur de l’organisme de l’animal hôte. La diapause chez les arthropodes, comme l’hypobiose chez les nématodes, est également considérée comme un phénomène d’adaptation par lequel les ectoparasites survivent à des conditions défavorables par un arrêt de la croissance et du métabolisme à un stade particulier. Ce phénomène est le plus fréquent chez les arthropodes parasites temporaires des climats tempérés. Dans ces régions, l’activité alimentaire est limitée aux mois les plus chauds de l’année et la survie hivernale est souvent assurée par une période de diapause. Selon l’extrémité des latitudes nord ou sud, cela peut se produire après une ou plusieurs générations. Par exemple : - la mouche, Hydrotaea irritans, sous les latitudes nordiques, n’a qu’un cycle annuel et passe l’hiver sous forme de larve mature en diapause. - Stomoxys calcitrans ou les mouches à viande sous ces latitudes, ont plusieurs cycles de génération avant d’entrer en diapause. - La diapause est moins fréquente chez les parasites qui infectent continuellement leurs hôtes, comme les acariens ou les poux. De nombreux facteurs sont impliqués. A) Les facteurs environnementaux Dans les zones tempérées, au printemps et en été, les populations de nématodes dans l’organisme des animaux domestiques et sauvages sont principalement représentées par des adultes. Les adultes des nématodes se reproduisant et éliminant les éléments primaires : fi  - les oeufs non morulés - les oeufs morulés - les oeufs embryonnés - larves de stade 1 Dans les conditions optimales de la saison chaude (température, humidité et oxygène). Ils se développent vers les étapes suivantes du cycle de vie. Pendant la saison froide (hiver) : - Le développement des forme pré-adultes est ralenti ou arrêté. - En raison de conditions thermiques extrêmes (températures négatives) par un mécanisme automatique. - Le nombre d’adultes présents dans le corps de l’hôte est réduit. - Il y a une augmentation proportionnelle des formes pré-adultes (stade larvaire) - Ce phénomène biologique adaptatif d’hypobiose larvaire réduit le risque de destruction de l’espèce (par épuisement génétique). Dans les régions tropicales et tempérées : - pendant la saison chaude, lorsque les températures élevées détruisent les formes pré- infestantes présentes dans le milieu extérieur. B) Les facteurs dépendants de l’hôte L’âge de l’hôte : - Ancylostoma caninum (nématode parasite dans l'intestin du chien) - Atteint l'âge adulte environ deux semaines après l'infestation chez les jeunes individus - Chez les chiens âgés, la maturité apparaît beaucoup plus tard, et seuls quelques spécimens atteignent ce stade. L'état physiologique : - La parturition chez les chiennes infectées par Ancylostoma caninum et Toxocara spp. - Produit la mobilisation de larves hypobiotiques à partir du tissu péri mammaire.  - La stimulation hormonale (prolactine) semble être le principal facteur d'élimination des larves. La dose infestante : - Par exemple, des agneaux infectés par une dose unique de 1000 larves de stade 3 d'Ostertagia circumcincta ont montré un potentiel hypobiotique de 1,5 % dans les larves - Alors qu'à une dose unique de 10 000 larves de stade 3 le potentiel hypobiotique était de 59,1%. C) Les facteurs liés au parasite Gibson a traité six chevaux infestés de petit strongles/cyathostomes avec : - Phénothiazine (une substance anthelmintique ef cace contre les adultes de petit strongles, mais inef cace sur les larves de cette espèce). - Loger ces chevaux dans des conditions spéci ques pour empêcher leur infestation. - Après ce traitement, la valeur de l’O.P.G a diminué signi cativement, mais quelques semaines après le traitement, le nombre d'oeufs identi és dans les fèces des chevaux traités a augmenté de manière signi cative. - Après un autre traitement à la phénothiazine, il a été observé que d'autres adultes étaient éliminés avec les fèces, suivi d'une nouvelle réduction de la valeur de l’O.P.G. - Les nématodes adultes ont été éliminés, mais une nouvelle population de larves hypobiotiques a été réactivée dans l'organisme ! L’élimination des vers adultes par l’organisme hôte génère la reprise du développement des larves hypobiotiques. fi fi fi fi fi fi