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Organismes endothermes et ectothermes

La différence entre les organismes endothermes et ectothermes. Comment lire les graphiques liés à ces organismes ?

Points clés

  • La plupart des animaux ont besoin de maintenir la température interne de leur corps dans une fourchette relativement étroite.
  • Les endothermes se servent de la chaleur qu'ils génèrent en interne pour maintenir la température de leur corps. En général, cette dernière reste stable, quel que soit l'environnement.
  • Les ectothermes dépendent surtout des sources extérieures de chaleur et leur température corporelle varie en fonction de celle de l'environnement.
  • Les animaux échangent de la chaleur avec leur environnement par le rayonnement, la conduction — parfois facilitée par la convection — et par l'évaporation.

Introduction

Quel temps fait-il aujourd'hui ? Si chez vous c'est l'hiver, il fait peut-être assez froid. Si c'est l'été, il doit faire assez chaud. Quoi qu'il en soit, il y a de grandes chances pour que la température interne de votre corps oscille autour de 98,6F/37C. Comme on l'a vu dans l'article sur l'homéostasie, les mécanismes de frissonnement et de transpiration interviennent quand votre corps devient trop froid ou trop chaud, afin de réguler votre température interne.
Tous les organismes ne contrôlent pas leur température corporelle de manière aussi précise que nous, les humains. Mais presque tous les animaux de la planète doivent la réguler dans une certaine mesure — ne serait-ce que pour éviter que l'eau de leurs cellules gèle ou pour empêcher la dénaturation de leurs enzymes métaboliques sous l'effet de la chaleur.
En général, les animaux peuvent être répartis en deux groupes selon la manière dont ils régulent leur température corporelle : les endothermes et les ectothermes. Examinons de plus près ce qui les distingue.

Endothermes et ectothermes

Les gens, les ours polaires, les pingouins et les marmottes, comme la plupart des autres oiseaux et mammifères, sont des endothermes. Les iguanes et les serpents à sonnette, comme la majorité des reptiles — ainsi que la plupart des poissons, des amphibiens et des invertébrés — sont des ectothermes.
Les endothermes génèrent la majorité de la chaleur dont ils ont besoin en interne. Quand il fait froid, ils augmentent la production de chaleur métabolique pour maintenir leur température corporelle constante. De ce fait, la température interne du corps d'un endotherme est plus ou moins indépendante de celle de l'environnement.
Cette caractéristique est illustrée par le graphique ci-dessous : la souris maintient une température corporelle régulière proche de 37C à travers une large fourchette de températures extérieures.
Crédit d'image : diagramme basé sur les données de Cannon et Nedergaard1, Figure 2 et sur une figure similaire de Purves et al.2
Chez les ectothermes, à l'inverse, la température corporelle dépend surtout des sources extérieures de chaleur. Ainsi, la température du corps d'un ectotherme augmente et diminue avec celle de l'environnement direct. Bien que les ectothermes soient capables de générer un peu de chaleur métabolique — à l'instar de tous les êtres vivants —, les ils ne peuvent pas augmenter cette production de chaleur pour maintenir une température interne spécifique.
Crédit d'image : diagramme basé sur un graphique théorique de Meek3, Figure 1 et à partir de Akin4, Figure 1
La plupart des ectothermes régulent en effet leur température dans une certaine mesure, mais ils ne le font pas en produisant de la chaleur. À la place, ils ont recours à d'autres stratégies, comme le comportement — en recherchant le soleil, l'ombre, etc. — afin de trouver les environnements où la température correspond à leurs besoins.
Certaines espèces se situent à la limite entre endothermes et ectothermes. Les animaux qui hibernent, par exemple, sont endothermiques quand ils sont actifs, mais ils se rapprochent des ectothermes quand ils hibernent. Les gros poissons comme le thon et les requins produisent et emmagasinent assez de chaleur pour amener la température de leur corps au-dessus de celle des eaux environnantes. Mais, contrairement aux véritables endothermes, ils ne maintiennent pas une température corporelle spécifique. Même certains insectes peuvent se servir de la chaleur métabolique pour augmenter la température de leur corps en contractant leurs muscles de vol ! 5,6,7
Un autre point important : en règle générale, les endothermes ont des taux métaboliques bien plus élevés que les ectothermes. C'est parce qu'ils doivent brûler de grandes quantités de "carburant" — des aliments — pour maintenir la température interne de leur corps.

Pourquoi réguler sa température ?

Il y a un seuil de base à la température corporelle que la plupart des animaux peuvent supporter. D'une part, l'eau gèle à 32F/ 0C et se transforme en glace. Si des cristaux de glace apparaissent à l'intérieur d'une cellule, ils provoquent généralement la rupture de ses membranes. D'autre part, les enzymes et les autres protéines cellulaires commencent souvent à perdre leur forme et leur fonction — à se dénaturer — à des températures supérieures à 104F/ 40C.8
Pourquoi de nombreux organismes — y compris vous et moi — maintiennent-ils leur température corporelle dans une fourchette encore plus restreinte que cela ? La vitesse des réactions chimiques varie avec la température, à la fois car la température influence le taux de collision entre les molécules et parce que les enzymes qui contrôlent ces réactions peuvent être sensibles à la température. Les réactions ont tendance à s'accélérer à des températures plus élevées, jusqu'à atteindre une limite au-delà de laquelle leur vitesse chute brusquement à mesure que leurs enzymes se dénaturent.
Chaque espèce dispose de son propre réseau de réactions métaboliques et d'un ensemble d'enzymes optimisées pour une gamme de température spécifique. En maintenant leur température corporelle dans cet ordre de grandeur, les organismes assurent le bon fonctionnement de leurs réactions métaboliques.

Équilibre de température

Pour les endothermes comme pour les ectothermes, la température corporelle dépend de l'équilibre entre la chaleur produite par l'organisme et celle échangée — perdue ou gagnée — avec l'environnement.
La chaleur se déplace toujours des objets les plus chauds vers les plus froids, comme le décrit la seconde loi de la thermodynamique.
Il existe trois principaux moyens pour un organisme d'échanger de la chaleur avec l'environnement : le rayonnement, la conduction — parallèlement à la convection — et l'évaporation.
  • Rayonnement : le rayonnement consiste en un transfert de chaleur d'un objet plus chaud vers un objet plus froid par rayonnement infrarouge, c'est-à-dire sans contact direct.
  • Conduction : la chaleur peut être transférée entre deux objets par contact direct au moyen de la conduction. La conduction de chaleur entre votre peau et l'air ou l'eau à proximité est facilitée par la convection, au cours de laquelle la chaleur est transférée grâce au mouvement de l'air ou du liquide.
  • Évaporation : la vaporisation d'eau à partir d'une surface entraîne une perte de chaleur — par exemple, quand la transpiration s'évapore de votre peau. Pour comprendre pourquoi c'est le cas, jetez un coup d'œil à la vidéo Pourquoi la transpiration vous rafraîchit-elle ?
Comment les organismes contrôlent-ils la production et l'échange de chaleur pour conserver une température interne optimale ? On répondra justement à cette question dans le prochain article sur les stratégies de régulation de la température.

Testez vos connaissances : graphes de taux métabolique

Le graphique ci-dessous montre le taux métabolique de deux animaux, un endotherme et un ectotherme, en fonction de la température extérieure.
Crédit d'image : figure basée sur Hiebert et Noveral9, Figure 1 et Purves et al
Quelle courbe représente l'endotherme et laquelle représente l'ectotherme ?
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