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La faculté d'adaptation
Des besoins vitaux : boire et manger (II) Si la vie peut apparaître sous presque toutes les latitudes et dans n’importe quel milieu, deux conditions néanmoins doivent être réunies : utiliser le carbone et un minimum d'eau. Si l'eau vient à manquer durant une longue période - on parle de centaines d'années minimum - jusqu'à preuve du contraire aucun créature ne peut survivre, pas même un microbe ou un tardigrade. En effet, des chercheurs ont exploré le désert d'Atacama réputé pour être le plus aride et le plus sec de la planète. En de nombreux endroits, les échantillons de sol n'ont relevé aucune forme de vie, pas même une bactérie ou une trace de métabolisme. Le sol est plus stérile qu'une salle aseptisée ! La raison est qu'en beaucoup d'endroits le sol de ce désert n'a pas reçu la moindre goutte de pluie parfois depuis plus de 400 ans ! La moyenne des précipitations en Atacama est de... 0.1 mm par an (contre 70 mm par mois à Bruxelles) soit 250 fois moins que dans le désert du Sahara où les précipitations peuvent atteindre 25 mm par mois en automne. Même conditions littéralement invivables dans les Vallées Sèches en Antarctique qui n'ont jamais vu la pluie depuis... 2 millions d'années ! Dans les conditions extrêmes du désert qu'il soit torride ou glacial, l'eau est une denrée vitale. Tous les arbres tropicaux ont remplacé leurs feuilles larges et mattes par de fines épines ou des feuilles étroites et brillantes (palmier) pour éviter de perdre trop d’eau par transpiration. Le cactus géant Saguaro que l'on trouve dans le désert de Sonoran dans le sud de la Californie jusqu'au Mexique arrête sa croissance lorsqu'il est privé d'eau. Il grandit ainsi d'environ un mètre en 50 ans et vit 2 siècles. Les plantes succulentes (cactus et plantes grasses) ont apprit à accumuler l'eau de pluie ou la rosée dans leurs feuilles charnues. Mais ce n'est pas une raison pour oublier d'arroser votre cactus ! Les graines et les bulbes peuvent attendre la saison des pluies des années durant. Que la pluie arrive, ils éclosent et perpétuent leur espèce, tapissant le désert de fleurs délicates et odorantes en l'espace de quelques semaines. Mais trois gouttes de pluie ne suffisent pas toujours. Certaines plantes du désert de Californie ne germent que lorsque l'enveloppe de la graine est dissoute dans une quantité suffisante d'eau. Ailleurs, les graines de baobab doivent être dissoute dans l'estomac des babouins pour permettre à l'eau de pénétrer l'enveloppe dure de la graine. Dans la vallée de la Mort ou dans l'est australien, les graines des arbres de fer (Eucalyptus sideroxylone) ou de fustet doivent être déchirées et broyées sur le relief accidenté pour pouvoir s'imprégner d'eau et germer. La capsule du séquoia ou les pommes de pins doivent brûler pour que leur graine puisse éclore.
Quelquefois c’est grâce à ce vecteur particulier que les graines sont dispersées, évitant aux plantes de se disputer l'espace vital. Parfois le combat est plus rude et certaines plantes s'acharnent à gagner leur survie. Ainsi, au stade initial de sa croissance, le prosopis glandulosa qui est un arbuste commun des déserts américains, crée d'abord son réseau de racines souterraines à la recherche d'eau, avant de développer ses organes aériens. Chez les animaux, si l'eau n'est pas disponible dans la nourriture, elle peut-être produite chimiquement pendant la digestion. La libération d'hydrogène se combine à l'oxygène apporté par la respiration et fournit le complément d'eau indispensable à la survie. C'est ainsi que le dromadaire, la tortue ou la gerboise du désert peuvent survivre sur un sol désertique.
A défaut de pouvoir hiberner, en Australie, la fourmi à miel accumule le nectar dans son abdomen distendu en prévision des jours de disette. Hyperspécialisée, elle est devenue la réserve vivante de la fourmilière. A défaut de trouver du sucre, certains bombyx imitent le bourdonnement de l'abeille pour lui voler son miel ! On reviendra plus loin sur l'état d'hibernation. Les stratégies de survie extraordinaires Dans deux études publiées dans la revue "Nature" en 2000 et 2003 par Martin Wikelski de l'Université de Princeton et ses collègues, on apprend que les iguanes marins (Amblyrhynchus cristatus) des îles Galápagos ont adopté une stratégie étonnante lorsqu'ils sont privés d'algues vertes suite au phénomène "El Niño" lié au réchauffement climatique. Les mâles en particulier peuvent physiquement rétrécir jusqu'à 20% - les cartilages et les os rétrécissent. Leur métabolisme ralentit et peuvent ainsi se passer de nourriture pendant 1 an ! Plus radical, à l'état d'embryon le killi turquoise africain (Nothobranchius furzeri) qui vit dans les eaux douces peu profondes du Zimbabwe et du Mozambique a la faculté de ralentir son métabolisme au point de suspendre son vieillissement lorsque les lacs s'assèchent et qu'il s'échoue. Il peut ainsi survivre aux sécheresses pendant 4 à 10 mois jusqu'au retour de la saison des pluies ! Cette faculté s'appelle la diapause dont les mécanismes ont fait l'objet d'une étude qui fut publiée dans la revue "Science" en 2020. Selon les chercheurs, c'est l'augmentation de la production de la protéine CBX7 qui serait à l'origine de cette faculté. Plus étonnant, l'être humain a hérité du gène exprimant cette protéine (cf. la base UniProt) mais n'en a visiblement pas tiré tous les bénéfices, à moins que les microbiologistes moléculaires trouvent un moyen de l'exploiter. Enfin, nous verrons plus loin et surtout dans l'article qui lui est consacré, le cas extraordinaire du tardigrade qui peut passer en état de cryptobiose lorsque les conditions environnementales deviennent trop stressantes.
Tirer avantage des substances toxiques et des agents infectieux En général un organisme qui veut consommer un aliment qui risque de l'empoisonner, de la paralyser ou de le blesser va faire en sorte de l'ingérer proprement pour éviter tout risque ou va le stocker dans des glandes spécialisées. En effet, même un serpent vénimeux peut mourir s'il se blesse au cours d'un combat et absorbe son propre venin. Beaucoup de créatures détournent à leur avantage les moyens de défense d'un autre animal ou chassent grâce à leur venin ou avec l'aide de bactéries infectieuses. Les animaux marins Ainsi, pour éviter tout risque, le poisson clown (Amphiprion sp.) s'enveloppe d'une substance protectrice qui l'immunise contre le poison paralysant secrété par son anénome tout en bénéficiant de sa protection. Les nudibranches (Unibranchia sp.) mangent des cidnaires, en particulier des méduses urticantes (dont les tentacules contiennent des cnidocytes) mais font en sorte de concentrer ces cnidocytes toxiques dans les appendices (cenata) situés sur leur dos contenant des sacs spécialisés, les cnidosacs, bien isolés à leur extrémités. Même stratégie pour le glauque (Glaucus atlanticus), un hydrozoaire de la classe des cnidaires, qui se nourrit notamment des tentacules des physalies (Physalia physalis) dont il récupère les toxines et stocke les nématocystes dans ses cnidosacs. Celui qui s'y frotte, s'y pique quand il n'en meurt pas. Les animaux terrestres Certaines espèces de reptiles (serpents, grenouilles, varans), d'arachnides (araignées, scorpions), de myriapodes (mille-pattes), de mollusqes (cônes) et de poissons (raies, vives, poissons scorpions ou rascasses) sont vénimeux et se servent généralement de cet arme souvent placée sur des épines dosales, dans des glandes couvrant leur peau ou dans leurs dents creuses pour tuer leur proie.
Les glandes salivaires du monstre de Gila (Herloderma suspectum) ou du serpent corail (Micrurus sp., Calliophis sp.) contiennent une toxine neurotoxique mais qui est rarement mortelle pour l'homme, tandis que la salive du dragon de Komodo (Varanus komodoensis) contient des bactéries qui tuent la victime mordue par septicémie. Quant aux serpents vénimeux tel le cobra, la morsure est rarement mortelle. C'est le choc anaphylactique (l'alllergie et la réaction de nos anticorps) qui peut être fatale si la victime n'est pas soignée d'urgence (entre 30 minutes et 48 heures selon les espèces). Leur dangerosité est basée sur la "DL50" qui définit la quantité de venin suffisante pour tuer 50% d'un groupe de souris pesant chacune 20 grammes. Autrement dit, elle caractérise la puissance des toxines présentes dans le venin. Plus le chiffre de la DL50 (exprimé en mg) est petit, plus les toxines sont puissants. Les trois serpents les plus dangereux sont le serpent marin à bec (Enhydrina schistosa, DL50 de 0.02 mg) vivant au Moyen-Orient, dans le sud-ouest de l'Asie et en Australie dont une seule morsure peut tuer 50 hommes (1 goutte tue 3 hommes) en moins d'une heure, le Taïpan du désert australien (Oxyuranus microlepidotus, DL 50 de 0.01 mg) dont une seule morsure peut tuer 100 hommes en moins de 45 minutes et le serpent de Belcheri (Hydrophis belcheri, DL50 de 0.0001 mg) vivant dans les eaux du sud-est asiatique et près des côtes de l'Australie dont le venin est 100 fois plus toxique que celui du Taïpan. Néanmoins, ces serpents sont souvent timides et discrets et on enregistre peu de décès. Nul n'est besoin de rappeler la piqûre de l'abeille, de la guêpe ou du frelon qui contient du venin et celle du taon dont la morsure libère des virus et des bactéries infectieuses. L'abeille si utile tue malgré tout environ 400 personnes par an. Dans le même sous-ordre des Apocrites, certains espèces de fourmis (Formica sp.) produisent de l'acide formique et s'en servent pour asperger leurs ennemis ou leur proie qui meurt littéralement attaquée par l'acide. Salive et venin Tous les amniotes dont les mammifères et les reptiles disposent d'un ensemble de gènes identiques qui s'expriment de la même manière dans les glandes salivaires et les glandes vénimeuses produisant le venin. La différence est que chez les mammifères dont les primates, les gènes exprimant les protéines à l'origine des glandes vénimeuses et du venin furent inactivés. Mais étant donné que les gènes sont toujours fonctionnels, à long terme il est tout à fait envisageable qu'ils se réactivent et que des rongeurs ou même les humains produisent du venin. On y reviendra à propos du système digestif humain. La flore
Dans le monde vétégal, les plantes vénéneuses ne manquent pas et sont même à la base de la pharmacopée depuis l'Antiquité. Non pas dans l'objectif de tuer, quoique parfois, mais plutôt pour les autres propriétés des substances actives (molécules) qu'elles contiennent, notamment pour traiter certaines maladies, comme anti-cancéreux, antibiotique, anticoagulant, calmant, excitant, parmi d'autres effets bénéfiques. Mais c'est bien sûr leur effet parfois létal qui cristallise l'intérêt des chimistes. Ainsi, lorsque le bouleau se développe près d'un rhododendron, ce dernier synthétisant des composés aux propriétés répulsives, les feuilles du bouleau absorbent ces substances chimiques semi-volatiles pour se protéger des prédateurs. A l'inverse, pour survivre, le capillaire du Mexique détruit toute vie autour de lui en empoisonnant les jeunes pousses. Pour se défendre des frugivores et autres prédateurs, le fruit de l'arbre à strychnine (Strychnos nux-vomica) produit un alcaloïde très toxique, la strychnine, au point qu'elle peut tuer un homme. En Amazonie, sa préparation extraite de cette noix est réservée aux initiés (chamanes). En fait c'est le premier poison de l'histoire qui fut isolé. A petites doses, la strychnine excite les sens et augmente l'amplitude de la respiration, d'où son utilisation par certains athlètes au début du XXe siècle. Mais à partir de 0.2 mg/kg elle devient létale. Il en est de même de la Grande ciguë (Conium maculatum L.) qui non seulement dégage une mauvaise odeur (odeur d'urine) mais dont les fruits et les fleurs principalement contiennent au moins cinq alcaloïdes toxiques dont la conine (qui serait à l'origine de la mort de Socrate). A leur tour, certaines lianes, l'écorce ou les racines de certaines plantes d'Amazonie (Chondodendron tomentosum, Strychnos toxifera, Strychnos pedunculata) produisent une substance contenant du curare que les Indiens utilisent pour paralyser les animaux qu'ils chassent. A consulter : Musée National d'Histoire Naturelle (F)
Les champignons Classés à part dans le règne du vivant, ils se différencient des végétaux par deux caractéristiques essentielles : ils ne synthétisent pas les sucres à partir de la chlorophylle, par photosynthèse. Raison pour laquelle ils peuvent vivre dans l'obscurité et notamment sous terre. Comme les animaux, les champignons décomposent la matière organique. Leur paroi cellulaire n'est pas constituée de pectocellulose comme les végétaux mais de chitine comme celle des insectes. Accessoirement ils sont capables d'absorber les aliments à travers la paroi extérieure de leur corps comme certains vers parasites. Bref, ce sont des organismes très particuliers ni animaux ni végétaux mais admirablement adaptés à leur environnement, les premiers qui ont conquis la terre ferme après les mousses et servit d'intermédiaires aux végétaux en créant les premières terres. Ce sont aussi les derniers organismes à survivre avec les microbes si on laisse pourrir des aliments. Enfin, on leur doit beaucoup de médicaments et ils feront certainement encore beaucoup de "miracles" en médecine à l'avenir. Concernant leurs moyens de défense, de nombreuses espèces de champignons sont vénéneux telle l'Amanite phalloïde (Amanita phalloides), l'Amanite tue-mouche (Amanita muscaria), la pleurote de l'Olivier (Clitocybe olearia) ou encore la fausse morille (Gyromitra esculen). Ces champignons contiennent différents types de toxines qui provoquent des troubles digestifs entre 6 et 24 heures après leur ingestion puis de très sévères complications qui imposent une hospitalisation d'urgence. Notons que l'ingestion de quelques dizaines de grammes de ces champignons, qu'ils soient crus, séchés ou cuits suffit à empoisonner un homme et peut même être fatale dans le cas de l'Amanite phalloïde. La survie de ces organismes est à ce prix. Des gaz vitaux mais toxiques A côté des organismes toxiques, les gaz que nous respirons sont aussi toxiques au-delà d'une certaine concentration. Si le métabolisme transforme les produits du monde extérieur en substances nutritives pour les cellules, certains produits de décompositions sont nocifs pour l'organisme. Le gaz carbonique qui baigne dans le plasma sanguin forme du bicarbonate qui assure un juste équilibre entre acide et base. Mais si l'organisme en dissout une trop grande quantité, ce gaz devient mortel. Aujourd'hui nous nous intoxiquons si l'air que nous respirons contient 0.1% ou 1000 ppm de gaz carbonique. Nous pouvons y succomber si nous respirons cet air vicié durant une heure. Concentré à plus de 1% la mort survient en moins de 15 minutes... Ce gaz est malheureusement incolore et très peu odorant, raison pour laquelle les dégagements de gaz carbonique sont tellement dangereux (fumées d'échappements confinées dans les tunnels, chauffe-eaux au gaz défectueux, etc) et tuent toujours autant de personnes par manque de précaution ou d'entretien. A consulter : la base de données TOXBASE et sa version pour l'iPhone
Il en est de même pour l'urée qui fournit de l'azote aux bactéries décomposant la cellulose du bois. Mais l'azote qui est un sous-produit du métabolisme produit de l'ammoniac. Ce gaz détruit les molécules biotiques. Les poissons s'en débarrassent à travers leurs branchies par simple diffusion dans l'eau. Soluble, l'ammoniac forme l'urée et l'acide urique. Dissout dans l'eau, l'urée est très peu toxique et la plupart des animaux l'ont bien compris. Dans un milieu où l'eau est vitale, ils excrètent de l'acide urique sous forme solide. Chez les oiseaux et les reptiles marins (l'iguane des Galapagos) qui boivent de l'eau de mer ainsi que chez les reptiles du désert, les glandes nasales rejettent l'excès de sels minéraux. Notre peau également participe à cette action à travers les glandes sudoripares. Malgré le fait que le peroxyde d'azote soit un élément mortel, il est faux de croire que sa présence détruit toute vie. Le meilleur exemple est l'atmosphère artificiellement polluée de nos villes que nous respirons. Ce gaz oxygéné n'est toxique que pour certains organismes. L'homme s'en accommode bien. Dans notre corps, comme dans toutes les cellules eucaryotes, des enzymes catalysent les réactions d'oxydation (autour des noyaux d'oxydases) et en vivent, ce sont les peroxysomes. Ces derniers synthétisent également les acides secrétés par la bile. Prochain chapitre Adaptation
et accoutumance à l'eau |
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