Communication et organisation chez les animaux

Étant donné la formulation intéressante du programme de cette partie (et l'interprétation pédagogique que j'en fais), je m'efforcerai tout d'abord de présenter une vision du vivant issu de l'embryogenèse qui permettent de comprendre comment s'établissent les communications au sein d'un organisme animal adulte. Je développerais notamment la formulation pédagogique du vivant présentée dans la première partie. Certains des concepts sont partiellement ou totalement empruntés à la passionnante théorie du vivant de Rosine Chandebois mais je dois cependant préciser qu'elle est beaucoup plus complexe et complète que ce que j'en ai compris, et comme je ne suis pas à l'abri d'une erreur d'interprétation.... je vous invite à vous reporter aux ouvrages originaux de Rosine Chandebois (le gène et la forme : voir bibliographie, un nouveau livre devrait présenter très prochainement cette théorie...qui me semble une réelle alternative à la théorie du programme génétique qui est loin de me satisfaire) .

La communication fait partie du travail de relation (voir fiche sur le travail du vivant). Elle peut être considérée entre différents organismes appartenant à un milieu de vie (population d'individus) et entre populations cellulaires au sein d'un même organisme. Toute communication fait appel à des populations de cellules plus ou moins spécialisées dans la communication. Nous étudierons tout d'abord leur mise en place depuis l'oeuf jusqu'à l'embryon en prenant l'exemple des amphibiens. Puis nous étudierons deux exemples de populations cellulaires fortement impliquées dans le travail de communication : le système nerveux et le système endocrine (cellules sécrétant des hormones ou substances chimiques à rôle informatif...).
Nous nous intéressons ici aux animaux et donc au 5ème règne d'organismes (les exemples pourront aussi être pris chez l'homme). Ils sont tous eucaryotes, pluricellulaires, hétérotrophes, doués de sensibilité et capables de se déplacer. Enfin, ils sont issus d'un œuf qui se développe en embryon qui, comme nous allons le voir, comporte trois feuillets embryonnaires. (Pour les autres règnes, on essaiera de faire une synthèse à la fin de l'année comme préparation au cours de Terminale sur l'évolution)

I. Notions d'embryologie et division du travail

1. mise en place des tissus chez un embryon d'amphibien

observation de quelques stades du développement embryonnaire et post-embryonnaire chez les amphibiens : œuf, morula, blastula, neurula et stade bourgeon caudal, têtard, métamorphose et amphibien adulte.

2. division du travail

Un grand principe d'organisation du vivant semble être la division du travail. Une sorte de répartition des tâches tout aussi bien au sein de la cellule qu'au sein de l'organisme pluricellulaire ou encore de l'écosystème ou de la société animale. On reprend donc ici notre formulation pédagogique de la vie et on l'applique aux animaux.

La vie est un travail
travail de nutrition, de reproduction et de relation

Qui travaille ?
C'est l'individu (en latin signifie "non divisible") ou organisme (signifie "composé d'organes" ou d'une façon plus général, tout "être vivant organisé"). Mais chacune de ses parties travaille elle aussi, chaque organe, chaque tissu, chaque cellule, concourt au travail de l'organisme. La plus petite sous-unité qui travaille est la cellule, unité du vivant. Le travail de chaque partie est ordonné au travail de l'ensemble : il y a division (répartition) spatiale et temporelle du travail. Le travail global de l'individu est divisé en travaux partiels dont se charge chaque partie (organe, tissu, cellule). Certains travaux, comme le travail de reproduction peuvent être dévolues à des populations cellulaires qui ne fonctionnent que de façon provisoire, ou cyclique ou progressive... bref, il peut y avoir division du travail dans le temps.

Quel travail ?
Tous les niveaux sont possibles entre le travail non spécialisé ou généraliste (cellule embryonnaire : totipotente : cellule œuf, pluripotente...) et le travail spécialisé (cellule différenciée : travail d'absorption par exemple pour un tissu de la paroi intestinale, travail musculaire, travail d'excrétion, travail de ventilation et d'échange gazeux...). La différenciation est le passage d'un travail non spécialisé à un travail spécialisé. Elle est parfois réversible en dédifférenciation (passage d'un travail spécialisé à un travail non spécialisé). Si l'on isole (en culture) une partie d'un organisme qui réalise un travail spécialisé, elle perd le contact avec le reste de l'organisme et donc sa coordination : elle peut soit dégénérer (cas de loin le plus fréquent), soit se maintenir en réalisant partiellement au moins le même travail qu'avant (on sait cultiver par exemple les cellules conjonctives ou fibroblastes), soit enfin, dans des cas très particuliers et souvent pour des populations cellulaires très jeunes, se dédifférencier et redonner différents types cellulaires voire un organisme complet (ce qui est beaucoup plus facile à obtenir chez les plantes...).

Pour qui travailler ?
travail individuel : pour soi, pour la survie individuelle
travail social : pour le niveau d'organisation supérieur (une cellule travaille pour un tissu, qui travaille pour un organe, qui travaille pour un organisme, qui travaille pour une écosystème)

Le développement embryonnaire d'un amphibien... (environ 4 jours à 18°C pour la grenouille rousse : Rana temporaria)

de l'oeuf à la morula

La division cellulaire (mitose) est le phénomène essentiel. Elle est souvent orientée et inégale (elle donne naissance à de petites cellules : les micromères et à de plus grosses cellules : les macromères). Il y a adhérence (les cellules restent accrochées les unes aux autres) et donc des interactions par contact entre les cellules. On observe déjà des différenciations mais les cellules sont encore la plupart du temps totipotentes ou pluripotentes (si on les sépare elles peuvent donner soit des individus entiers complets dans les premiers stades soit partiels un peu plus tard).

de la morula à la blastula

Les déplacements viennent s'ajouter aux divisions. On observe la formation de feuillets (on parle de lamination du latin lamina = la feuille) et de cavités (soit entre les feuillets par délamination soit par invagination). L'embryon est alors fondamentalement triblastique (possède trois couches). Le feuillet externe est l'ectoblaste, le feuillet intermédiaire, le mésoblaste, et le feuillet interne : l'endoblaste. Chaque cellule appartenant à un feuillet est déjà engagée dans un type de travail spécialisé qui est sous la dépendance des interactions qu'elle reçoit des autres cellules du feuillet auquel elle appartient mais qui dépend aussi de ses propres compétences (internes : information génétique et cytoplasmique) vis-à-vis des signaux extérieurs qu'elle reçoit (information extracellulaire). Au sein de chaque feuillet on peut déjà déterminer des populations c'est-à-dire des ensembles de cellules embryonnaires qui appartiennent à un même feuillet et qui sont engagées dans une spécialisation identique (même travail social).

de la blastula au stade bourgeon caudal

La morphogenèse, c'est-à-dire l'apparition de formes vient se surajouter aux déplacements et aux divisions qui se poursuivent. Les formes nouvelles sont appelées ébauches; c'est par exemple le tube nerveux, les lames latérales et les somites (ou massifs répétés le long de l'axe d'allongement de l'embryon), les bourgeons des membres... Les populations appartenant à chaque ébauche ne cessent de se différencier (se spécialiser dans un type de travail social particulier).

Deux théories scientifiques du développement...

Le développement embryonnaire ou ontogenèse (du grec ontos, l'être et genesis la naissance) semble obéir à une croissance orientée qui semble résulter elle-même d'interactions permanentes entre les différentes populations cellulaires qui s'engagent dans un processus de progression autonome ou différenciation autonome.
La première étape étant l'activation de l'oeuf (ou plutôt de l'ovocyte, cellule sexuelle femelle, par la fécondation (fusion avec le spermatozoïde) ou même sans spermatozoïde, ce qui n'est pas un cas si rare chez les animaux : le mécanisme étant nommé la parthénogenèse).
Un individu est un ensemble composé de populations cellulaires. A chaque instant, ce qui détermine les caractères d'une population cellulaire, sont les interactions qu'ont les cellules de cette population entre elles et avec les populations avoisinantes. Une cellule appartenant à un tissu donné, présente telle ou telle activité par ce qu'elle est issue d'une division qui résulte de toutes une série d'événements et d'interactions qui ont déterminé, à chaque moment précis , son engagement dans tel ou tel processus : le type de travail d'une cellule ou d'une population dépend de son histoire embryonnaire. (on remarquera que, dans cette théorie, les informations essentielles sont les informations extracellulaires et les informations cytoplasmiques, alors que l'information génétique n'intervient que comme une information manipulée, exprimée par la cellule en vue de réaliser tel ou tel travail qui dépend de son histoire.
Cette théorie repose sur une conception globale du vivant qui a de loin ma préférence. Elle a été élaborée dans le détail par Rosine Chandebois, professeur d'embryologie à l'Université de Provence (voir bibliographie, un nouvel ouvrage devrait voir le jour en 1999).

Le développement résulte de la mise en route progressive et coordonnée des différents gènes de chaque cellule (libération progressive de l'information génétique qui contiendrait le plan complet et déterminé de l'animal en construction). Il existerait un programme génétique qui résulterait de l'agencement des gènes et des interactions déterminées et fixées à l'avance entre les différents gènes, qui devraient être activés à tel ou tel moment du développement. Certains gènes appelés gènes "architectes" ou gènes homéotiques coderaient par des organes entiers ou des "déterminants" de ces organes.
Cette théorie semble avoir été émise pour la première fois par un illustre physicien : Erwin Schrödinger (1887-1961) qui dans son livre "Qu'est-ce que la vie ?", publié en 1944, parle déjà de programme génétique (voir une histoire de la génétique). Elle a été développée par les biologistes moléculaires et a surtout conduit à des travaux sur la drosophile, petite mouche du vinaigre. Elle semble actuellement dans une impasse (on a pas trouvé dans le génome le début d'une piste qui puisse nous faire penser à un programme et bien évidemment elle soumet toute information à l'information génétique, ce qui est assez réducteur comme vision du vivant) malgré le fait qu'elle soit enseignée notamment dans l'enseignement secondaire, alors qu'elle est en cours d'abandon par de nombreux chercheurs.

Remarques philosophiques :
la science expérimentale ne s'attache pas aux causes premières mais aux causes secondes (voir méthode), c'est-à-dire directement observables, expérimentalement, et donc dont les effets sont du domaine du sensible.
* Ainsi pour un déplacement cellulaire lors de l'embryogenèse le biologiste se pose la question du comment et y répond en parlant de déplacement actif ou passif, puis de support, de substrat, de cytosquelette, d'un moteur protéique comme les filaments contractiles, de l'énergie nécessaire à tout mouvement et même d'un signal déclencheur ou un gradient chimique justifiant une direction et un sens de déplacement...
* Mais le biologiste a aussi le devoir de se poser la question du pourquoi, d'essayer d'envisager dans un théorie globale, et en terme de finalité, la question du mouvement par exemple : un cellule embryonnaire se déplace pour former avec les autres cellules du même feuillet une population qui va avoir une fonction déterminée. Il y a une incontestable finalité dans le vivant, qui est un ordre fonctionnel, ce que je nomme le travail du vivant.
Toutes ces causes sont des causes secondes pour le philosophe. La méthode expérimentale n'atteint pas ce qui meut la cellule et la maintient en mouvement, c'est-à-dire une cause première qui est un déterminisme interne ou externe, profond qui échappe à l'expérience. Dans la démarche expérimentale, l'hypothèse expérimentale est élaborée par la raison à partir des images récupérées par les sensations puis testée par l'expérience et de nouveau jugée par la raison. Mais, encore une fois, la cause première échappe à l'expérience.
On peut ainsi avoir une position philosophique matérialiste et donner à la matière la capacité à s'organiser elle-même en matière vivante et soutenir l'une ou l'autre des théories présentées ci-dessus. De la même façon, on peut préférer une métaphysique qui soit une ontologie, une philosophie basée sur l'être, qui transcende la matière et anime le vivant, et tout autant se référer à la théorie du programme génétique ou de la progression autonome. Il est cependant assez difficile d'avoir un esprit scientifique sans être réaliste (accorder au réel une existence en dehors de la pensée). Certains scientifiques, qui n'acceptent comme seule connaissance la connaissance expérimentale et donc comme seule réalité la réalité sensible, expérimentale, s'ignorent parfois comme matérialistes mais ils ont pourtant une position philosophique matérialiste indiscutable.

Le développement post-embryonnaire (stade têtard) et la métamorphose (7 semaines de stades larvaires et 10 jours de métamorphose à 18°C pour la grenouille rousse)

II. Le système nerveux :

une population cellulaire homogène et de fonction spécialisée dans la communication rapide entre organes : l'accès à la vie sensitive et au déplacement rapide de l'animal

Travaux pratiques

dissection de la souris, organisme, organes, tissus, cellules, système nerveux, système endocrine...
dilacération et coloration de nerfs d'invertébré, observation de coupes de moelle épinière de mammifère
éléments de physiologie nerveuse chez le crabe en démonstration

1. les cellules nerveuses forment une population cellulaire homogène

Toutes les cellules nerveuses sont issues du tube neural et des vésicules céphaliques de l'embryon. La période de multiplication s'arrête à peu près au milieu de la grossesse (20ème semaine de vie intra-utérine) chez l'homme pour faire suite à une migration neuronale puis à une différenciation et à une maturation. Les cellules nerveuses ne se multiplient pas après la naissance (sauf quelques cellules du cervelet durant la première année post-natale) : il n'y a pas de renouvellement cellulaire nerveux. (Récemment on a mis en évidence quelques indices indirects de division possible dans le cerveau humain... de toute façon ce renouvellement ne serait pas de grande ampleur).

2. les cellules nerveuses comprennent les neurones et les cellules gliales

Les cellules nerveuses comprennent les neurones (environ 30 milliards) et les cellules gliales (presque aussi nombreuses que les neurones, elles sont de formes variées, constituent la glie et assurent le soutien, la protection des neurones mais sans participer directement à la transmission des messages nerveux).

Schéma théorique d'un neurone

Un neurone comprend typiquement :

• un corps cellulaire contenant le noyau (de diamètre inférieur à 100µm chez les vertébrés)
• des prolongements ou fibres très fines de moins de 10 µm de diamètre (une seule fibre longue : l'axone, pouvant mesurer plusieurs mètres de long, toujours entouré par des cellules gliales et terminé par des renflements synaptiques, et généralement un grand nombre de fibres courtes (les dendrites), souvent très ramifiées).

On peut distinguer les neurones multipolaires (avec un seul axone long et des dendrites très nombreux et très ramifiés), les neurones bipolaires avec un dendrite et un axone uniques, tous les deux ramifiés à leur extrémité, et les neurones pseudo-unipolaires pour lesquels le dendrite et l'axone unique partent du même point du corps cellulaire.

3. les neurones sont des cellules polarisées et excitables

Les cellules nerveuses sont polarisées (comme de nombreuses cellules) : au repos (sans stimulation), elles présentent une différence de potentiel membranaire ou potentiel membranaire de repos (PMR) compris entre -40 et -90 mV habituellement, la face interne de la membrane étant polarisé négativement par rapport à la face externe.
Les neurones sont des cellules excitables : à la suite d'une stimulation, ils présentent un PA (potentiel d'action) qui est une brusque variation du potentiel membranaire (dépolarisation, inversion de polarisation , repolarisation avec retour au PMR après une hyperpolarisation transitoire). L'amplitude d'un PA est typiquement de 100 mV et sa durée de 3 ms.

4. le message nerveux se propage très vite (quelques mètres à quelques dizaines de mètres par seconde) sans atténuation le long des prolongements cellulaires des neurones

L'influx nerveux est une suite de PA propagés le long des prolongements cellulaires des neurones (axones ou dendrites). Les PA ont toujours la même amplitude (on dit qu'ils obéissent à la loi du "tout ou rien") et se propagent sans atténuation à des vitesses comprises entre 1 m/s et 100m/s. Le message nerveux est donc codé en modulation de fréquence.

5. les synapses sont les zones de communication entre les neurones et les autres cellules

Une synapse comprend 2 parties (la zone présynaptique et la zone postsynaptique) séparées par un espace intersynaptique (ou fente synaptique). Les zones présynaptiques des synapses chimiques renferment des vésicules (vésicules synaptiques) contenant un neurotransmetteur qui est une substance chimique libérée dans l'espace intersynaptique lors de l'arrivée d'un PA. La membrane de la zone postsynaptique possède des récepteurs spécifiques au neurotransmetteur de cette synapse. La cellule postsynaptique répond à la fixation du neurotransmetteur sur les récepteurs postsynaptiques par : la genèse d'un PA (si c'est par exemple un autre neurone, il y a dans ce cas transmission du PA par l'intermédiaire du neurotransmetteur entre le neurone présynaptique et le neurone postsynaptique), une contraction musculaire (si c'est une cellule musculaire), la libération d'une substance (si c'est par exemple une cellule sécrétrice)....

Schéma théorique d'une synapse chimique

6. le système nerveux a un fonctionnement intégré

On distingue :

• système nerveux central : qui comprend le cerveau (lui-même formé de plusieurs masses cellulaires (hémisphères cérébraux ou encéphale, cervelet....) entourant des cavités ou vésicules) et la moelle épinière, on les appelle aussi les "centres nerveux"
• système nerveux périphérique : qui comprend les plexus (qui sont des amas diffus de neurones associés à des cellules gliales), les ganglions (amas structurés de cellules nerveuses, certains étant situés près des organes, d'autres près de la moelle épinière), les nerfs (prolongement des neurones associés à des cellules gliales), les récepteurs sensoriels (souvent des cellules nerveuses modifiées)...

vue très schématique du système nerveux de l'homme

Dans un schéma classique de réponse à un stimulus (on parlait d'arc réflexe), on a les étapes suivantes :
stimulus, récepteur, transduction, message nerveux sensitif (centripète), centre, intégration, élaboration d'un message moteur, message moteur (centrifuge), effecteur, réponse.

Remarques :
Quelques éléments sur le développement du système nerveux de l'homme

* stade neurula - bourgeon caudal : la formation des vésicules encéphaliques et du tube nerveux
on connaît des anomalies de développement qui atteignent ces tous premiers stades : les méningomyélocèles (ou spina bifida "ouvert" du fait des anomalies vertébrales associées) et les encéphalocèles correspondent à des défauts de fermeture du tube ou des vésicules nerveuses ; les enfants atteints ont la plupart du temps aucun défaut mental mais souffrent de paralysies partielles, de troubles de la sensibilité, d'incontinence....
* stades de multiplication et de maturation
il semble que la quasi-totalité des neurones se forme avant la deuxième moitié de la grossesse (20 semaines de vie intra-utérine ...) ; il n'y a donc pas de possibilité de réparation s'il y a un accident... par contre on sait maintenant que, même chez l'adulte, il peut y avoir prise en charge de certaines fonctions cérébrales par d'autres zones, à la suite d'un traumatisme ou d'une opération... : ce que l'on exprime en terme de plasticité neuronale ; mais il s'agit de plasticité fonctionnelle et non structurale. On pense qu'il n'y a plus de divisions cellulaires de neurones après la naissance sauf dans le cervelet où l'on admet des divisions jusqu'à un an de vie postnatale (récemment, on a mis en évidence de façon indirecte, des indices qui pourraient faire penser à la présence de divisions dans le cerveau de l'homme adulte...).
* stades de migration
certains neurones produits au niveau du tube neural et des vésicules céphaliques migrent. On estime à 30 milliards le nombre de neurones produits (avec un rythme qui peut atteindre 5.000 neurones à la seconde). Les neurones qui colonisent le cortex (partie superficielle des hémisphères cérébraux) doivent ainsi parcourir vers la quinzième semaine de grossesse des distances considérables (plusieurs dizaines de centimètres pour une cellule qui atteint alors une dizaine de micromètres de long). Il semblerait que la migration neuronale se fasse le long des cellules gliales qui constitueraient ainsi des guides. Certaines anomalies de développement fœtal peuvent être reliées à des migrations excessives (alcoolisme fœtal par exemple où les neurones forment des amas sous les méninges au lieu de coloniser le cortex) ou insuffisantes (arrêt migratoire par exemple).
* stades de croissance (axonale) et de différenciation
entre la vingtième et la quarantième semaine de vie intra-utérine la croissance et la différenciation commencent mais vont se poursuivre longtemps après la naissance : allongement des axones et des dendrites, ramifications, établissement des synapses, myélinisation. Pendant cette période les anomalies de développement connues sont graves : la toxoplasmose (encéphalite fœtale) qui est due à un parasite qui provoque de graves nécroses du tissu cérébral, des accidents circulatoires qui bloquent la croissance et provoquent aussi des nécroses, enfin l'hydrocéphalie résultant d'obstacles à la circulation du liquide céphalo-rachidien...

Remarque :
Il me semble urgent de ne plus enseigner la dichotomie communication nerveuse-communication hormonale ; voici une formulation reprise du cours de TS qui me semble tout à fait accessible aux élèves de seconde.

On distingue alors :
- les neuromédiateurs : synthétisés par des neurones, libérés sous contrôle nerveux (PA) au niveau des extrémités axonales la plupart du temps synaptiques
- les hormones ou médiateurs endocrines : synthétisés et sécrétés par des cellules endocrines en permanence, libérés dans le milieu intérieur et donc circulants à un certain taux.
- les médiateurs paracrines : substance chimique à diffusion locale, dans le milieu extracellulaire et rapidement inactivé
- les médiateurs autocrines : stimulent à la fois la cellule sécrétrice et les cellules avoisinantes par effet paracrine.

Une classification des substances chimiques informatives ou MEDIATEURS par fonction
(les hormones sont les médiateurs endocrines)

III. La fonction endocrine :

Les cellules ayant une fonction endocrine sont d'origine variée, dispersées dans l'organisme, et participent à tous les types de travail du vivant : il n'y a pas de population cellulaire endocrine mais une fonction endocrine

Travaux pratiques

observations de préparations microscopiques colorées de tissus endocrines, analyses d'expériences, film Jeulin sur la communication hormonale

1. les cellules sécrétrices sont très variées

De nombreuses cellules sécrètent (libèrent dans le milieu extracellulaire) des substances chimiques mais seules certaines sont spécialisées dans cette fonction et on les qualifie alors de cellules sécrétrices.

Les cellules sécrétrices peuvent libérer leurs produits soit vers le milieu extérieur, on les qualifie alors d'exocrines, soit dans le milieu intérieur (sang et lymphe) et on les qualifie alors d'endocrines.

Les cellules sécrétrices sont souvent regroupées en glandes c'est-à-dire en amas de cellules sécrétrices. Un glande se forme chez l'embryon à partir d'invaginations des couches superficielles de l'endoderme ou de l'ectoderme (il n'y a pas une seule origine embryonnaire commune mais des origines différentes selon le type de glande...); on distingue alors :

• les glandes exocrines qui sécrètent des produits vers le milieu extérieur par l'intermédiaire d'un canal excréteur (ex: glande sudoripare)
• les glandes endocrines qui sécrètent un produit vers le milieu intérieur (sang et lymphe) et qui sont dépourvues de canal (soit parce qu'il a dégénéré soit parce que les cellules de la glande sont des cellules embryonnaires épithéliales qui ont migré pour venir s'insérer dans un autre tissu).

2. les cellules endocrines sont soit dispersées soit regroupées dans des glandes endocrines ; elles participent à tous les types de travail du vivant

les cellules endocrines peuvent donc être organisées sous forme

• d'une glande endocrine séparée
• soit former des amas de cellules associés à d'autres tissus : on peut parler de "glande"endocrine dispersée mais je préfère parler d'"amas glandulaires" ou d'"amas de cellules endocrines".

Principales "glandes" endocrines (glandes séparées ou amas de cellules endocrines) chez l'homme	cerveau	le cerveau contient de très nombreux neurones qui sont aussi des cellules endocrines : ils sécrètent des neurohormones
	hypophyse	glande mixte : la partie antérieure (antehypophyse) est essentiellement composée de cellules endocrines qui sécrètent des hormones qui interviennent notamment dans la régulation des cycles sexuels par les gonades), la partie postérieure (posthypophyse) contient des terminaisons synaptiques de cellules du cerveau bourrées de neurohormones
	thyroïde	glande endocrine produisant des hormones intervenant dans la croissance notamment
	thymus	organe intervenant surtout dans la défense du corps humain contre des agents extérieurs (réponse immunitaire) mais possède quelques cellules endocrines
	surrénales	sécrète des hormones intervenant dans de nombreux mécanismes du travail de nutrition (métabolisme ou ensemble des réactions chimiques de l'organisme) mais aussi de reproduction : on distingue la partie extérieure de la glande (corticosurrénale) et la partie centrale (médullosurrénale)
	pancréas	glande mixte à la fois exocrine (sécrète les enzymes pancréatiques qui interviennent dans la digestion) et endocrine (par de nombreuses cellules regroupées en amas : les hormones pancréatiques interviennent surtout dans le métabolisme)
	ovaires- testicules	à la fois gonades (organes producteurs de gamètes) et glandes endocrines (sécrétant les hormones sexuelles)

3. les cellules endocrines sécrètent des hormones

Les hormones sont des substances chimiques sécrétées en permanence à un certain taux par des cellules spécifiques (cellules endocrines) toujours actives (même si leur activité est modulée par des paramètres physiologiques) ; transportées par les liquides internes mais surtout le sang, elles agissent, loin du lieu de sécrétion, sur des cellules-cibles pourvues de récepteurs spécifiques.

4. les méthodes de l'endocrinologie ont changé

Claude Bernard (1813-1878) qui fut le premier à définir le milieu intérieur et un excellent expérimentateur si bien que l'on le considère comme le père de la physiologie moderne.
C'est au début du XXème siècle que la première hormone est découverte par Bayliss et Starling (en 1902, le terme d'hormone semblant dater de 1905, Bordas, p155).

A leur suite, de nombreux expérimentateurs ont réalisé des expériences fondamentales chez les animaux qui reposaient toujours sur les mêmes techniques : l'ablation d'une glande, et l'observation des conséquences physiologiques, la greffe de cette glande , chez un animal auquel on avait auparavant enlevé cette même glande, et enfin l'injection d'extraits de cette glande. Ces techniques permettaient de montrer que la glande enlevée puis greffée intervenait dans tel ou telle fonction par l'intermédiaire de substances chimiques (en effet les communications sanguines sont partiellement rétablies après une greffe suivant une ablation, alors que les connections nerveuses ne le sont pas du tout). On pouvait enfin mimer l'action de la glande enlevée chez un animal par l'injection de broyats de cette glande ou plus tard par l'injection de telle ou telle substance extraite de la glande.

Ces expériences reposent d'une part sur une condition sine qua non : la glande dont on étudie le rôle doit être strictement endocrine et d'autre part ne diriger qu'une seule fonction. Ce qui n'est bien sûr pas le cas général, de nombreuses glandes sont à la fois exocrines et endocrines et sécrètent des hormones qui interviennent dans de nombreuses fonctions simultanément. Enfin, bien sûr, les amas de cellules endocrines dispersés au sein d'autres organes ne peuvent pas être étudiés simplement par cette méthode. Le deuxième postulat est une sorte de dualité : la communication entre organes est soit nerveuse soit chimique. Etant donné notre connaissance de l'être vivant il est insuffisant de continuer à propager ce dualisme. La communication nerveuse, nous l'avons vu dans le chapitre précédent intervient au niveau essentiellement de l'adaptation au milieu, c'est le système qui permet la vie sensitive de l'animal et surtout son déplacement dans le milieu, mais qui bien sûr intervient dans toutes les relations avec le milieu. Alors que le système endocrine, d'origine très hétérogène, possède des fonctions variées que nous allons essayer de mettre en évidence. L'aspect de communication n'est pas toujours le plus important même si les hormones, comme d'autres substances chimiques de l'organisme, assurent des communications entre organes.

Actuellement les techniques pour l'étude des hormones sont les suivantes :

• la recherche de cellules endocrines passe toujours bien sûr par l'isolement de ces cellules, des essais de cultures in vitro, des extractions de substances chimiques, et, comme au bon vieux temps, des injections d'extraits à des animaux... mais on possède aussi un arsenal de techniques permettant de marquer les cellules ou les substances chimiques ou de suivre dans l'organisme leur trajet :
• le marquage isotopique : on parle aussi de traceurs radio-isotopiques : l'emploi d'une hormone marquée nécessite bien sûr de connaître l'hormone et de maîtriser sa synthèse. Mais on peut suivre ainsi son trajet dans l'organisme et localiser précisément ses cellules cibles. L'emploi d'hormones marquées permet aussi des dosages assez rapides. Bien évidemment cette technique repose sur un postulat : que le marquage isotopique ne modifie pas les propriétés de l'hormone, ni son transport, ni la fixation à ses récepteurs...On peut aussi marquer des précurseurs nécessaires à la synthèse des hormones par une cellule endocrine afin de suivre les étapes de sa synthèse, avec les mêmes remarques que précédemment.
• le marquage immunologique : la synthèse contrôlée d'anticorps (notamment par la technique des anticorps monoclonaux - voir cours de terminale d'immunologie) permet de fixer de façon contrôlée, dans l'organisme vivant et au plus près des conditions biologiques (là aussi on suppose que la fixation d'un anticorps marqué ne modifie pas les propriétés de la substance que l'on étudie), des traceurs colorés ou radio-isotopiques, soit à des hormones, soit à des récepteurs d'hormones par exemple. La plus grande application est le dosage radio-immunologique des hormones qui circulent à des taux extrêmement faibles (0,1 pg.mL-1 de plasma pour donner un ordre de grandeur). Les techniques sont souvent extrêmement complexes (voir une description de la technique de RAI par compétition dans le cours d'immunologie de terminale S).

Conclusion

le tissu nerveux forme une population cellulaire homogène (d'origine embryonnaire unique) et de fonction spécialisée dans le travail de relation avec le milieu extérieur (perception du milieu extérieur, intégration de ces perceptions et commande de réponses adaptatives rapides) et dans le contrôle du travail interne de nutrition et de reproduction (il commande de nombreuses glandes endocrines et a une fonction endocrine propre).

le tissu endocrine est constitué par des populations cellulaires dispersées et hétérogènes, aux très nombreuses fonctions.

Perspectives

La communication entre un animal et le milieu extérieur est sous l'incontestable dépendance du système nerveux, d'une part pour la réception des stimuli (perception), d'autre part pour l'action sur le milieu (déplacement rapide en vue de la recherche de nourriture, de la reproduction...).
La communication à l'intérieur de l'organisme est encore sous la dépendance du système nerveux qui innerve la totalité des organes internes. Mais il est aussi sous la dépendance du système nerveux par sa fonction endocrine (neurohormones). Le système nerveux est donc bien une population cellulaire qui est le système de contrôle de la vie animale, externe et interne.

Si l'on doit rechercher une unité aux différents moyens de communication chimiques entre cellules à l'intérieur de l'organisme, il me semble que le système immunitaire est un bon candidat. Il possède une origine embryonnaire homogène (il forme une population cellulaire), des organes spécifiques (moelle, thymus, ganglions lymphatiques...), un moyen de circulation (sang et lymphe canalisée), et immense réseau de molécules plus ou moins spécifiques qualifiés de façon générale de médiateurs. Les médiateurs sont les substances chimiques informatives de l'organisme. Nous en avons vu deux groupes: les neuromédiateurs (neurotransmetteurs) et les médiateurs endocrines (hormones), il y en a d'autres... le sujet ne sera vraiment abordé qu'en terminale S.