Tous les animaux dotés d'un système nerveux produisent une petite quantité d'électricité. Ce sont de petits courants électriques ordonnés par notre cerveau qui courent le long des nerfs jusqu'à la fibre musculaire et font se contracter nos muscles : bouger le bras, lever les paupières. La particularité de l'anguille électrique est qu'elle peut sortir cette énergie électrique de son corps. Comme chez les humains, l'impulsion électrique des anguilles provient du cerveau. Elle voyage à travers le corps jusqu'à l'organe électrique principal qui se trouve sous la peau, de chaque côté de la colonne vertébrale. Cet organe, à la texture gélatineuse, est un ancien muscle qui a perdu sa fonction. Ce muscle est parsemé de cinq à six mille petites plaques électriques, les électroplaques. Celles-ci fonctionnent comme une pile (pôle positif à la tête de l'anguille et pôle négatif au bout de la queue). L'addition de la décharge électrique de chaque électroplaque fait plusieurs volts : 550 chez l'anguille électrique. L'anguille émet de petites décharges pour se diriger dans l'eau boueuse et localiser les poissons, et d'autres, plus fortes, pour paralyser les poissons qu'elles veulent manger. L'anguille électrique peut produire pendant une heure, et sans s'épuiser, 150 décharges de 700 volts chacune.
Les photos et les vidéos que vous trouverez sur notre blog ont toutes été prise lors de notre visite de l'aquarium de Nancy merci a M.Florion de nous avoir reçu.
samedi 10 février 2007
I/ Des poissons plutôt singuliers
Ces poissons sont des vertébrés aquatiques pourvus de nageoires (le Gymnote a une nageoire ventrale qui par ondulation lui permet d’avancer ou de reculer). Il existe plusieurs milliers d’espèces mais seulement quelques centaines peuvent générer un champs électrique.
Si cette capacité à générer de l’électricité est apparue chez les poissons c’est simplement que l’eau conduit l’électricité et pas l’air.
On pense que les fortes décharges que certains poissons sont capables d’émettre pour la chasse s’est développé à partir de la possibilité d’émettre une faible décharge.
Or à quoi cela servirait il à un animal terrestre ?
1/ Les faibles décharges.
a) Un moyen de détection : l’électrolocalisation.
Les objets selon leur conductivité déforment les lignes du champ électrique généré par le poisson. Grâce à leur sens électrique certains poissons analysent cette déformation et peuvent ainsi localiser et identifier ce qui les entoure. La production d’électricité se fait grâce à l’électrogènese et la réception par les électrorécepteurs.
b) un moyen de communication.
Les poissons à faible décharge sont capables de communiquer par leur émission électrique. Pour ce sens les poissons sont équipés d’électrorécepteurs spéciaux qui se ferment sur la fréquence de leurs signaux et le poisson ne capte alors que les émissions autres. Pour faire passer leur message il module l’amplitude la forme et le rythme de leurs impulsions.
2/ Les fortes décharges.
Peu de poissons ont la capacité d’émettre de fortes décharges, ils l’utilisent aussi bien pour la chasse (assommer une proie) que pour dérouter un ennemi. Ces poissons sont pour cela équipés d’une plus grande quantité de cellules électriques.
Ces poissons sont des vertébrés aquatiques pourvus de nageoires (le Gymnote a une nageoire ventrale qui par ondulation lui permet d’avancer ou de reculer). Il existe plusieurs milliers d’espèces mais seulement quelques centaines peuvent générer un champs électrique.
Si cette capacité à générer de l’électricité est apparue chez les poissons c’est simplement que l’eau conduit l’électricité et pas l’air.
On pense que les fortes décharges que certains poissons sont capables d’émettre pour la chasse s’est développé à partir de la possibilité d’émettre une faible décharge.
Or à quoi cela servirait il à un animal terrestre ?
1/ Les faibles décharges.
a) Un moyen de détection : l’électrolocalisation.
Les objets selon leur conductivité déforment les lignes du champ électrique généré par le poisson. Grâce à leur sens électrique certains poissons analysent cette déformation et peuvent ainsi localiser et identifier ce qui les entoure. La production d’électricité se fait grâce à l’électrogènese et la réception par les électrorécepteurs.
b) un moyen de communication.
Les poissons à faible décharge sont capables de communiquer par leur émission électrique. Pour ce sens les poissons sont équipés d’électrorécepteurs spéciaux qui se ferment sur la fréquence de leurs signaux et le poisson ne capte alors que les émissions autres. Pour faire passer leur message il module l’amplitude la forme et le rythme de leurs impulsions.
2/ Les fortes décharges.
Peu de poissons ont la capacité d’émettre de fortes décharges, ils l’utilisent aussi bien pour la chasse (assommer une proie) que pour dérouter un ennemi. Ces poissons sont pour cela équipés d’une plus grande quantité de cellules électriques.
Le gymnote
Les Gymnotes sont des poissons d'eau douce d'Amérique centrale et du Sud. Elles ont toutes des organes électriques (ou plaques électriques).
Les gymnotes vivent sur les rives des rivières encombrés de feuilles mortes et de racines et dans les prairies inondées. Ce sont des prédateurs nocturnes se nourrissant d'insectes, de crustacées et d'autres poissons. Ils produisent un champ électrique afin de localiser des objets, et peut être pour communiquer. Les décharges électriques de ce poisson peuvent atteindre 800 volts. Pour se déplacer ce poisson utilise une locomotion paraxiale, plus précisément sa nage suit le mode ondulatoire anale.C'est à dire que seule sa nageoire annale ne fonctionne.
II/La production d’électricité.
Toute cellule vivante produit de l’électricité : c’est un phénomène universel. Les poissons électriques ont « mis au point » un système qui permet à ces productions de s’additionner.
1) Un phénomène universel.
Toute cellule vivante est entourée par une membrane qui, loin d’être une structure inerte, régule les échanges entre la cellule et son environnement. Le milieu extérieur contient principalement des ions de sodium. Au contraire, l’intérieur de la cellule contient des ions de potassium. Cette différence de concentrations en Na+ et K+ entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule maintenue par une « pompe » située dans la membrane qui, tout en consommant de l’énergie, attire à l’intérieur les ions K+ et rejette à l’extérieur les ions Na+. Si la membrane n’était qu’un morceau de cellophane, ces ions la traverseraient pour aller du milieu où ils sont le plus concentrés vers le milieu où ils sont le moins concentré mais la membrane a une perméabilité sélective : elle laisse passer relativement librement les ions K+, alors qu’elle est beaucoup moins perméable aux ions Na+. En conséquence, alors que les ions Na+ ne sont pas libres d’entrer en masse dans la cellule, les ions K+ sont libres d’en sortir. Ce faisant, l déplace vers l’extérieur des charges positives, et l’intérieur de la cellule apparaît chargé négativement par rapport à l’extérieur, une différence de potentiel transmembranaire apparaît.
Certaines cellules ont de plus des propriétés d’excitabilité particulière. C’est ainsi que dans les cellules nerveuses ou musculaires la perméabilité de la membrane aux ions chargés brusquement sous l’excitation : pendant un très court instant, les ions Na+ peuvent entrer en masse, et le sens de la différence de potentiel transmembranaire s’inverse. On dit que la membrane est « dépolarisée ».
Toute cellule vivante produit de l’électricité : c’est un phénomène universel. Les poissons électriques ont « mis au point » un système qui permet à ces productions de s’additionner.
1) Un phénomène universel.
Toute cellule vivante est entourée par une membrane qui, loin d’être une structure inerte, régule les échanges entre la cellule et son environnement. Le milieu extérieur contient principalement des ions de sodium. Au contraire, l’intérieur de la cellule contient des ions de potassium. Cette différence de concentrations en Na+ et K+ entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule maintenue par une « pompe » située dans la membrane qui, tout en consommant de l’énergie, attire à l’intérieur les ions K+ et rejette à l’extérieur les ions Na+. Si la membrane n’était qu’un morceau de cellophane, ces ions la traverseraient pour aller du milieu où ils sont le plus concentrés vers le milieu où ils sont le moins concentré mais la membrane a une perméabilité sélective : elle laisse passer relativement librement les ions K+, alors qu’elle est beaucoup moins perméable aux ions Na+. En conséquence, alors que les ions Na+ ne sont pas libres d’entrer en masse dans la cellule, les ions K+ sont libres d’en sortir. Ce faisant, l déplace vers l’extérieur des charges positives, et l’intérieur de la cellule apparaît chargé négativement par rapport à l’extérieur, une différence de potentiel transmembranaire apparaît.
Certaines cellules ont de plus des propriétés d’excitabilité particulière. C’est ainsi que dans les cellules nerveuses ou musculaires la perméabilité de la membrane aux ions chargés brusquement sous l’excitation : pendant un très court instant, les ions Na+ peuvent entrer en masse, et le sens de la différence de potentiel transmembranaire s’inverse. On dit que la membrane est « dépolarisée ».
Un poisson-chat électrique
Les poissons-chats électriques (genre Malapterurus) sont des poissons d'eau douce capables de délivrer des chocs électriques de plus de 350 V. On les rencontre dans plusieurs rivières d'Afrique, comme le Nil. Les poissons-chats électriques sont nocturnes. Ils se nourrissent d'autres poissons qu'ils assomment par une décharge électrique. Ils peuvent mesurer jusqu'à 1,20 m et peser 18 kg. Les poissons-chats électriques sont connus depuis l'Egypte antique.
La chasse.
Ici on entend très nettement le bruit des décharges électriques émise par le gymnote, ainsi on peut imaginer leur intensité. Mettre ses mains dans l'aquarium pourrait assomer un homme, voir le tuer.
les "poissons-éléphants", (Campylomormyrus, Gnathonemus, Mormyrus) possèdent un barbillon en forme de trompe. Ils mesurent entre 10 et 65cm.
Ces poissons communiquent entre-eux en envoyant des faibles décharges, c'est chez ces poissons que ce language est le plus développé : ils sont très joueurs et sont en permanance en communication avec leurs congénaires congénères.
2/ Les organes électriques.
Les organes électriques sont formés de cellules aplaties en formes de disque appelées électroplaques. Ce sont des cellules musculaires modifiées, et elles reçoivent une de leur face ou plusieurs terminaisons nerveuses. Les électroplaques les plus simples sont celles de la torpille : contrairement aux cellules musculaires dont elles dérivent, elles ne sont pas électriquement excitables, et ne peuvent être activées que chimiquement, par la substance que libère les terminaisons nerveuses. Dans ces conditions, les modifications de la répartition des charges qui s’y manifestent lors d’une excitation restent limité aux régions innervées, c'est-à-dire sur une seule des faces ; au lieu de se répandre sur toute la cellule.
Chez d’autres poissons, le mécanisme est analogue, mais un peu plus compliqué : en plus de la face innervée chimique excitable la face opposée est électriquement excitable. Lorsque la phase innervée est dépolarisée, celle-ci se propage dans un deuxième temps sur la face opposée, tandis que la première phase activée retourne à l’état de repos.
3/ La mise en activité des électroplaques
La différence de potentiel qui existe de part et d’autre de l’électroplaque en activité est très faible : environ un centième de volt. Quels sont les mécanismes qui permettent à ces petites différences de potentiel de s’ajouter entres elles, jusqu’à ce que leur somme atteigne les quelques volts de la décharge des mormyres, ou les centaines de volts de celle du gymnote ? Les organes électriques sont formés de l’empilement de plusieurs centaines d’électroplaques, toutes innervés sur la même face. C’est donc toujours sur la même face que d’une électroplaque à l’autre, la différence de potentiel transmembranaire s’inverse lors de la mise en activité. Les électroplaques sont donc arrangées « en série », comme une batterie de piles. Pour que les différences de potentiel des électroplaques s’ajoutent entre elles, il suffit qu’elles soient mises en activité de façon synchrone. C’est se qui se passe : elles reçoivent toutes exactement en même temps l’influe nerveux correspondant à la commande de la décharge électrique.
4/ Un support de communication
Les poissons à faible décharge communiquent par l’intermédiaire de leur émission électrique. Ils peuvent aussi bien transmettre des informations espace, sur eux-mêmes ou sur leur comportement.
Il existe chez les Mormyridés une catégorie d’électrorécepteurs phasiques qui ne peut pas servir à l’électrolocalisation : à chaque fois que l’animal émet une impulsion électrique, le système se ferme aucun message n’arrive au cervelet. En conséquence, l’animal est « sourd » à sa propre décharge sur cette voie, qui ne peut signaler que les décharges émises par d’autres oissons.
Cette découverte, faite en 1971, impliquait que les Mormyridés possèdent un système spécialisé dans la détection des décharges des autres poissons électriques. De là à émettre l’hypothèse que les poissons électriques communiquent par décharges interposées, il n’y avait qu’un pas.
Et aujourd’hui nous savons que les Mormyridés et les Gymnotidés sont non seulement capables de repérer leurs congénères, mais qu’ils peuvent aussi échanger électriquement des messages très divers, touchant à l’espèce, à l’âge, à la taille ou au sexe, ainsi que des signaux de menace, de soumission, ou de consentement à l’accouplement.
D’un point de vue théorique, on admettra que la décharge des poissons électriques intervient dans la communication si elle répond à 3 conditions :
- si elle renferme des informations concernant l’individu émetteur ;
- si ces informations sont destinés à un individu receveur ;
- si le receveur les utilise.
Trois composantes de la décharge renferment des informations sur l’individu émetteur. Ce sont l’amplitude et la forme des impulsions, ainsi que le rythme de décharge. L’amplitude est, à l’intérieur d’une espèce donnée, en rapport avec la taille de l’animal. Elle pourrait donc indiquer son âge ou sa force.
La forme des impulsions est caractéristique de l’espèce. Elle peut présenter un dimorphisme sexuel. De plus, les alevins émettent des impulsions électriques différentes de celles des adultes : elles sont environ vingt fois plus longuyes.
En ce qui concerne le rythme de décharge, il faut considérer deux groupes de poissons. Le premier groupe comprend le gymnarque et les espèces de Gymnotidés qui émettent avec une rapidité telle que les intervalles qui séparent les impulsions sont très brefs. Le deuxième groupe est constitué par les espèces qui déchargent avec un rythme plus lent.
Les organes électriques sont formés de cellules aplaties en formes de disque appelées électroplaques. Ce sont des cellules musculaires modifiées, et elles reçoivent une de leur face ou plusieurs terminaisons nerveuses. Les électroplaques les plus simples sont celles de la torpille : contrairement aux cellules musculaires dont elles dérivent, elles ne sont pas électriquement excitables, et ne peuvent être activées que chimiquement, par la substance que libère les terminaisons nerveuses. Dans ces conditions, les modifications de la répartition des charges qui s’y manifestent lors d’une excitation restent limité aux régions innervées, c'est-à-dire sur une seule des faces ; au lieu de se répandre sur toute la cellule.
Chez d’autres poissons, le mécanisme est analogue, mais un peu plus compliqué : en plus de la face innervée chimique excitable la face opposée est électriquement excitable. Lorsque la phase innervée est dépolarisée, celle-ci se propage dans un deuxième temps sur la face opposée, tandis que la première phase activée retourne à l’état de repos.
3/ La mise en activité des électroplaques
La différence de potentiel qui existe de part et d’autre de l’électroplaque en activité est très faible : environ un centième de volt. Quels sont les mécanismes qui permettent à ces petites différences de potentiel de s’ajouter entres elles, jusqu’à ce que leur somme atteigne les quelques volts de la décharge des mormyres, ou les centaines de volts de celle du gymnote ? Les organes électriques sont formés de l’empilement de plusieurs centaines d’électroplaques, toutes innervés sur la même face. C’est donc toujours sur la même face que d’une électroplaque à l’autre, la différence de potentiel transmembranaire s’inverse lors de la mise en activité. Les électroplaques sont donc arrangées « en série », comme une batterie de piles. Pour que les différences de potentiel des électroplaques s’ajoutent entre elles, il suffit qu’elles soient mises en activité de façon synchrone. C’est se qui se passe : elles reçoivent toutes exactement en même temps l’influe nerveux correspondant à la commande de la décharge électrique.
4/ Un support de communication
Les poissons à faible décharge communiquent par l’intermédiaire de leur émission électrique. Ils peuvent aussi bien transmettre des informations espace, sur eux-mêmes ou sur leur comportement.
Il existe chez les Mormyridés une catégorie d’électrorécepteurs phasiques qui ne peut pas servir à l’électrolocalisation : à chaque fois que l’animal émet une impulsion électrique, le système se ferme aucun message n’arrive au cervelet. En conséquence, l’animal est « sourd » à sa propre décharge sur cette voie, qui ne peut signaler que les décharges émises par d’autres oissons.
Cette découverte, faite en 1971, impliquait que les Mormyridés possèdent un système spécialisé dans la détection des décharges des autres poissons électriques. De là à émettre l’hypothèse que les poissons électriques communiquent par décharges interposées, il n’y avait qu’un pas.
Et aujourd’hui nous savons que les Mormyridés et les Gymnotidés sont non seulement capables de repérer leurs congénères, mais qu’ils peuvent aussi échanger électriquement des messages très divers, touchant à l’espèce, à l’âge, à la taille ou au sexe, ainsi que des signaux de menace, de soumission, ou de consentement à l’accouplement.
D’un point de vue théorique, on admettra que la décharge des poissons électriques intervient dans la communication si elle répond à 3 conditions :
- si elle renferme des informations concernant l’individu émetteur ;
- si ces informations sont destinés à un individu receveur ;
- si le receveur les utilise.
Trois composantes de la décharge renferment des informations sur l’individu émetteur. Ce sont l’amplitude et la forme des impulsions, ainsi que le rythme de décharge. L’amplitude est, à l’intérieur d’une espèce donnée, en rapport avec la taille de l’animal. Elle pourrait donc indiquer son âge ou sa force.
La forme des impulsions est caractéristique de l’espèce. Elle peut présenter un dimorphisme sexuel. De plus, les alevins émettent des impulsions électriques différentes de celles des adultes : elles sont environ vingt fois plus longuyes.
En ce qui concerne le rythme de décharge, il faut considérer deux groupes de poissons. Le premier groupe comprend le gymnarque et les espèces de Gymnotidés qui émettent avec une rapidité telle que les intervalles qui séparent les impulsions sont très brefs. Le deuxième groupe est constitué par les espèces qui déchargent avec un rythme plus lent.
L'horloge biologique de nancy
Le courant électrique émit par le poisson est capté par des électrodes placé de part et d'autre de l'aquarium. Ce courrant est ensuite traité pour adopter une forme en créneau et amplifié. Il s'agit désormais d'exploiter un signal totalement artificiel qui ne tient plus du Gymnarque originel qu'une seule de ses caractéristiques : sa fréquence.
Ensuite un compteur se charge de compter les oscillations et toutes n oscillations le compteur ajoute une seconde à l'heure.
Conclusion
En conclusion, nous pouvons affirmer que les poissons électriques produisent un courant électrique gràce à la mise en activitée de leurs électroplaques permettant l'électrogénese. Celà leur permet, selon les espèces, l'intensité et la stabilité de la fréquence, de chasser ou se défendre ou encore de communiquer et de localiser dans l'espace. On pourrait se demander si il est possible d'alimenter une maison en énergie avec des poissons électriques ?
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