Hibernation
L’hibernation est un état d’hypothermie régulée, durant plusieurs jours ou semaines qui permet aux animaux de conserver leurs énergies pendant l’hiver. Durant l’hibernation les animaux ralentissent leur métabolisme jusqu’à des niveaux très bas, avec la température de leurs corps et des taux respiratoires qui s’abaissent graduellement, et en utilisant les réserves de graisse du corps qui ont été stockées pendant les mois actifs de réchauffeur. Un animal que certains considèrent comme un hibernateur mais qui en fait n’en est pas un est l’ours. La raison en est que bien que les fréquences cardiaques ralentissent, la température de corps de l’ours reste relativement stable et ils peuvent être facilement réveillés. Les autres animaux souvent considérés comme hibernateurs mais qui ne le sont pas sont les blaireaux, les ratons laveurs et les opossums. Les animaux considérés comme hibernants sont: les marmottes, les loirs, les lérots, les spermophiles, les hérissons, le tenrec le setifer l’engoulevent, les grenouilles, les lézards certains hamster, souris, poisson et chauve-souris.
| Sommaire |
Les différents types de cessations temporaire d’activités chez les homéothermes
- La torpeur est un état physiologique qui s’arrête dès que l’air se réchauffe.
Par exemple les oiseaux et certaine chauve-souris, c’est-à-dire que quand la température extérieure baisse, l’animal réajuste sa température interne en la diminuant légèrement afin de ne pas gaspiller de l’énergie pour se réchauffer.
- La somnolence hivernale des carnivores comme l ’ours et le blaireau entrecoupée de nombreux réveils accompagnée d’une hypothermie modérée, n’entraîne pas une interruption de toutes les activités physiologiques. Par exemple l’ours donne naissance aux petits pendant l’hiver. Les organes vitaux restent à une température normale pour réagir en cas de danger.
- L’hibernation est une véritable léthargie et une diminution profonde de la température de l’animal. Cette température est toujours positive mais elle peut approcher de 0°C. Les animaux hibernant réellement sont par exemple les loirs, les marmottes et certaine chauve-souris.
La grande majorité des mammifères est obligée de maintenir une température constante dans un environnement froid en régulant sa température par des processus physiologique nommés thermogenèse.
Les catégories d’hibernants
- Les hibernants obligatoires comme le lérot hiberne n’importe quand dès que la température extérieure est inférieure à 6°C pendant 48 heures. Son aptitude à hiberner est meilleure en hiver, c’est-à-dire à partir du mois de septembre. Il suffit de 24 heures à moins de 20°C pour que le lérot rentre en hibernation.
- Les hibernants saisonniers, par exemple le spermophile (écureuil américain) ne sont capables d’hiberner qu’entre mi novembre et mi février. En dehors de ces dates, même si les conditions sont défavorables, l’animal n’hiberne pas.
- Les hibernants facultatifs comme le hamster doré ont leur capacité à hiberner conditionnée par différents facteurs. Ces facteurs peuvent être la température, les réserves en nutriments, la photopériode, etc.
Pour que ces animaux hibernent, il faut que toutes les conditions soient réunies.
L’entrée en hibernation
Plusieurs mois avant la période d’hibernation les hibernants stockent et consomment énormément de nourriture. Par exemple, le spermophile passe de 150 grammes de masse corporelle à 350 grammes. Les réserves sont essentiellement des réserves lipidique stockées sous la peau. Puis les hibernants aménagent leur terrier que l’on nomme une hibernaculum. L’hibernaculum est choisi pour éviter des variations thermiques importantes. Les animaux se mettent dans la position qui garde le maximum de chaleur, généralement en boule. La température corporelle de l’animal chute de façon spectaculaire jusqu’à ce que la température interne s’approche de 1 ou 2°C. La thermorégulation ne s’arrête pas et la thermogenèse se remet en route pour maintenir la température intérieure de l’animal à une température acceptable. L’hibernation n’est pas un état passif.
Physiologie au cours de l’hibernation
La diminution de la température interne entraîne un ajustement des différentes fonctions. Le métabolisme diminue de 98%. Il y a une diminution :
- de la consommation d’oxygène
- du rythme respiratoire
- du rythme cardiaque(de 350 à 3 battements par minute pour le spermophile de 500 à 5 pour le lérot)
- du flux sanguin. (Il y a une irrigation particulière au niveau du cerveau, du cœur et du tissu adipeux)
- du taux d’hormones de croissance
Le système nerveux est réactionnel. L’animal réagit aux bruits, au toucher, etc. Au cours de l’hibernation il y a des réveils périodiques à des moments variables et de plus en plus fréquents quand on arrive à la fin de l’hibernation. Le réveil dure quelques heures et correspond à une remontée de température de façon rapide. Ceci pour tous les hibernants, avec une périodicité variable. Par exemple le hamster doré se réveille tous les 3 à 5 jours alors que le spermophile se réveille tous les 15 jours. Pendant ces réveils l’animal tourne dans l’hibernaculum, mange, urine et se rendort. Des expériences d’ablation des neurones de l’hypothalamus ont montré une suppression de ces réveils et une mort de l’animal. Ces réveils sont donc fondamentaux, ils permettent notamment d’éliminer les déchets du métabolisme dont l’accumulation est très toxique. Ces réveils font intervenir la thermogenèse dite sans frisson c’est-à-dire en utilisant le tissu adipeux brun. 90% de la perte de poids pendant l’hibernation est due à ces phases de réveil.
Contrôle de l’hibernation
- horloge interne
Pour les hibernants saisonniers même si la température extérieure reste élevée, l’animal entre en hibernation. En captivité et en absence de stimulus extérieur il y a toujours un phénomène d’hibernation mais le cycle commence de plus en plus tôt dans l’année. C’est un rythme d’hibernation endogène mais dans les conditions naturelles l’entrée en hibernation est resynchronisée par les conditions extérieures pour débuter et finir aux moments stratégiques.
- facteurs externes
Les facteurs comme la photopériode et la température synchronisent ces rythmes. Pour une même espèce l’entrée en hibernation est plus précoce quand la population est plus nordique ou plus haute en altitude.
- facteurs internes
Les facteurs internes ont été mis en évidence avec le spermophile. On injecte du sang d’un spermophile hibernant dans un spermophile non hibernant, et le spermophile non hibernant devient hibernant. Les facteurs internes d’hibernation sont des facteurs circulant dans le sang. (Ces facteurs sont encore mal connus).
Sortie de l’hibernation
La sortie de l’hibernation se caractérise par un réchauffement rapide des différentes parties du corps, de la fréquence cardiaque... Ces mécanismes sont plus rapides que ceux de l’entrée en hibernation. Tout est rétabli en quelques heures.
Les adaptations membranaires lors de l’hibernation
La membrane des cellules animales est formée d’une bicouche lipidique fluide à température normale. Le froid quand la température approche de 0°C entraîne une disparition de la fluidité de la membrane sauf chez les hibernants car les lipides de leurs membranes ont des acides gras insaturés en concentration supérieure à celle des non-hibernants. De plus ces derniers possèdent des protéines « chaperon » protégeant les lipides d’une modification de leur phase. (Les acides gras gardent leur fluidité dans la membrane)
Caractéristiques énergétique des hibernants
Les hibernants sont généralement des animaux de taille moyenne.
S’ils sont trop petits, ils possèdent un métabolisme très élevé qui empêche des longues périodes d’hibernation car même avec un rythme cardiaque plus faible, les réserves seraient insuffisantes. S’ils sont de grande taille, le métabolisme est relativement bas donc la remontée de température demanderait plusieurs jours, ce qui est difficilement envisageable après une période d’hibernation.
Pour les hibernants, l’hibernation est toujours rentable du point de vue énergétique et correspond à une économie d’énergie. Par exemple chez une souris américaine Perognathus, si elle rentre en hibernation pour 100 heures elle consomme 7.7 mL d’oxygène par gramme de son poids alors que pour une même période en empêchant l’entrée en hibernation elle consomme pendant 100 heures 40 mL d’oxygène par gramme pour se maintenir à 37°C.