Fiche de révision : Lumière et rythmes biologiques

📋 Plan du Cours

1. Premières preuves des rythmes endogènes
2. Horloges biologiques humaines
3. Photopériode et rythmes biologiques
4. Périodes et classification des rythmes
5. Synchronisation des organismes
6. Chronobiologie et homéostasie
7. Organisation des horloges circadiennes

📅 Repères chronologiques

1. 1729Jean-Jacques d'Ortous de Mairan découvre la nature endogène du rythme chez la sensitive Mimosa pudica.
2. 1745Carl von Linné plante la première horloge florale dans le Jardin botanique d’Uppsala, en Suède.
3. 5 novembre 1888H. de Lacaze-Duthiers rapporte qu’une Actinia striata reste cachée le jour et apparaît la nuit malgré l’éclairage électrique. — H de Lacaze-Duthiers, Acad. Sci., 5 Nov 1888
4. 1962Michel Siffre reste deux mois dans une grotte et conserve une période veille-sommeil stable de 24 heures 30.

📖 1. Premières preuves des rythmes endogènes

📝 Points essentiels

• Dans l’expérience de Mairan, les feuilles de Mimosa pudica s’ouvrent le jour et se replient la nuit, y compris lorsque la plante est maintenue dans l’obscurité constante.

💡 Astuce mémo

Obscurité constante → les feuilles de Mimosa gardent leur rythme

📖 2. Horloges biologiques humaines

★ À maîtriser

• En 2021, quinze volontaires restent 40 jours sous terre dans une grotte d’Ariège et leurs cycles de sommeil et d’éveil s’allongent jusqu’à des journées moyennes de 33 heures.

Compléments

• Lors de l’expérience de Michel Siffre, l’activité dure environ 16 heures par journée et le sommeil environ 8 heures, soit 1 ou 2 heures de plus qu’à son habitude.

• Les participants de l’expérience de 2021 pensent majoritairement être restés 30 jours sous terre alors que la durée réelle est de 40 jours.

💡 Astuce mémo

24 h 30 chez Siffre, 33 h chez les volontaires de 2021

📖 3. Photopériode et rythmes biologiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Photopériode : Alternance de lumière et d’obscurité qui se répète en environ 24 heures.

★ À maîtriser

• La rotation de la Terre sur elle-même et autour du Soleil soumet les organismes vivants à des rythmes journaliers de lumière et d’obscurité ainsi qu’à des cycles saisonniers de variations du climat.

Compléments

• Les rythmes journaliers et saisonniers concernent notamment:
  • l’alimentation
  • le comportement
  • le cycle veille-sommeil
  • la reproduction
  • la migration
  • l’hibernation

💡 Astuce mémo

La Terre tourne sous une alternance quotidienne de lumière et d’obscurité

📖 4. Périodes et classification des rythmes

🔑 Notions clés & Définitions

• Rythme biologique : Réalisation de cycles à intervalles de temps égaux.

★ À maîtriser

📌 Les rythmes ultradiens ont une période inférieure à 20 heures, les rythmes circadiens une période d’environ 24 heures et les rythmes infradiens une période supérieure à 28 heures.

• Le rythme veille-sommeil est réglé par des horloges biologiques circadiennes, tandis que l’hibernation est contrôlée par des horloges biologiques circannuelles.

Compléments

• Les cycles du sommeil durent environ 90 minutes et constituent un exemple de rythme ultradien.

💡 Astuce mémo

Ultradien < 20 h, circadien ≈ 24 h, infradien > 28 h

📖 5. Synchronisation des organismes

📝 Points essentiels

• L’anémone Actinia striata épanouit ses tentacules durant la nuit et les rétracte durant la journée, même sous un éclairement artificiel.

📌 Les rythmes biologiques sont synchronisés par des facteurs externes qui agissent via des horloges circadiennes contrôlant les activités circadiennes, la photopériode jouant un rôle majeur.

💡 Astuce mémo

Actinia striata reste nocturne malgré la lumière artificielle

📖 6. Chronobiologie et homéostasie

🔑 Notions clés & Définitions

• Chronobiologie : Étude de la dimension temporelle en biologie, des molécules aux populations.

★ À maîtriser

📌 Les rythmes circadiens permettent à l’organisme de planifier des réponses anticipées aux variations prévisibles de l’environnement et de maintenir une constance du milieu intérieur appelée homéostasie.

Compléments

📌 L’homéostasie varie de manière prédictible selon l’heure du jour, le jour du mois et le mois de l’année, correspondant respectivement aux rythmes circadien, circamensuel et circannuel.

💡 Astuce mémo

Les rythmes anticipent l’environnement → ils maintiennent l’homéostasie

📖 7. Organisation des horloges circadiennes

📝 Points essentiels

📌 Un rythme exogène apparaît en réponse à des stimulations périodiques externes, tandis qu’un rythme endogène apparaît dans un environnement dont les caractéristiques sont maintenues uniformes.

• Le système circadien reçoit des stimuli, active un oscillateur central, puis entraîne des oscillateurs secondaires qui produisent des rythmes physiologiques circadiens.

• Un oscillateur circadien se caractérise par: sa persistance en conditions externes constantes avec sa propre période, le maintien de cette période à différentes températures, son entraînement par la température, la nourriture ou d’autres facteurs environnementaux

• La mélatonine est le messager temporel des rythmes biologiques et l’hormone donneuse de temps annuel.

💡 Astuce mémo

Stimuli → oscillateur central → oscillateurs secondaires → rythmes physiologiques

📊 Tableaux de synthèse

Classification des rythmes biologiques