Problèmes d’électrophysiologie…

Toute stimulée et surprise qu’elle fut par l’invention de la pile électrique, la communauté scientifique de l’époque négligea l’étude des propriétés électriques des tissus biologiques pendant près de 50 ans pour se concentrer un peu plus sur les caractéristiques physiques de l’électricité. Malgré tout, certains (John Davy, Faraday, Miranda et Paci) reprirent et raffinèrent les expériences de Walsh, confirmant et détaillant ses résultats.

En 1828, Nobili (1787-1835) utilisa le galvanomètre, récemment inventé par Ampère, pour démontrer les effets électromagnétiques du courant électrique des grenouilles. Puis en 1840, Matteucci enregistra les courants électriques du muscle durant l’excitation. Comme l’avait montré Galvani, la grenouille pouvait bel et bien  produire un courant électrique d’elle-même. N’en déplaise à Volta!

Puis, vint le tour de Emil Du Bois-Reymond (1818-1896). Sa thèse de doctorat résumait les travaux de ses prédécesseurs sur les poissons électriques. Il fut un des plus importants fondateurs de la physiologie expérimentale en étudiant systématiquement les propriétés électriques des tissus biologiques.

Premier enregistrement électrophysiologique effectué par Emil Du Bois-Reymond

 Il effectua les premiers enregistrements électrophysiologiques sur une préparation contenant des muscles et des nerfs de grenouille. Il démontra clairement que les nerfs et les muscles étaient électrogéniques (capable de produire et de réagir aux courants électriques), et que la décharge électrique des poissons électriques étaient fondamentalement la même chose que la réponse des muscles à l’excitation des nerfs.

Du Bois-Reymond ne s’arrêta pas là. Par la suite, il découvrit le potentiel de repos (voltage des cellules au repos) et le potentiel d’action (ou dit autrement l’influx nerveux) (voir Le cerveau à tous les niveaux). Au repos, l’intérieur de l’électroplaque est plus négatif de –90mV par rapport à l’extérieur. Durant l’excitation, la face innervée de l’électroplaque change la perméabilité des ions de telle sorte que le potentiel s’inverse pour atteindre +60mV. Cette différence de potentiel résulte dans la décharge d’un courant allant de la face innervée par le nerf à la face opposée sans innervation, c’est-à-dire de la queue à la tête chez l’anguille électrique, et du ventre au dos chez Torpedo.

… et problèmes d’évolution

Pendant que la physique et la biologie se rencontraient pour donner naissance à l’électrophysiologie expérimentale dans les mains de Du Bois-Reymond, l’histoire avait rendez-vous avec la biologie dans la tête de Darwin et de ses contemporains biologistes de l’évolution.

Au milieu du 19^e siècle, on connaissait quelques poissons électriques avec leurs organes électriques qui donnaient de fortes décharges pour assommer leur proie ou pour se défendre. Plusieurs autres espèces avaient aussi été caractérisées et semblaient posséder des « organes pseudo-électriques » puisque les décharges électriques qu’ils produisaient étaient de trop faible intensité pour avoir un effet « efficace » sur d’autres animaux à proximité.

Fossile d'un poisson (non électrique)

Ces espèces incluaient plusieurs raies marines (Rajiformes), des poissons-couteaux d’Amérique du Sud (gymnotiformes) et les mormyridés du Nil. Babuchin, entre 1872 et 1897, a clairement prouvé l’origine embryologique des organes électriques de toutes ces espèces : ceux-ci étaient des muscles métamorphosés innervés par des motoneurones (Fritsch, 1891) provenant de la moelle épinière (Leydig, 1852). Babuchin a aussi noté d’importantes différences anatomiques et fonctionnelles entre les organes électriques du poisson torpille et du malaptérure, rendant difficile un lien de parenté étroit.

D’ailleurs le problème de l’évolution et de la parenté des diverses espèces de poissons électriques a entraîné de sérieux débats chez les biologistes de l’évolution.

Charles Darwin

Darwin a omit d’en parler dans ses premières versions de l’Origine des Espèces. La fonction clairement établie des décharges pour les poissons fortement électriques contrastait avec la fonction inconnue des faibles décharges des poissons « pseudo-électriques ». De plus, il n’y avait pas de forme intermédiaire (chaînon manquant!) de poissons électriques permettant de comprendre le passage d’une forme vers une autre (poissons à forte décharge vers les poissons à faible décharge, ou l’inverse). A titre d’exemple, Du Bois-Reymond pensait que les organes électriques des mormyridés étaient incomplets. Encore plus intrigant, la présence d’organes électriques dans des groupes de poissons faiblement reliés, entremêlés d’espèces sans capacité d’émettre des décharges, empêchait l’idée d’un ancêtre commun. Darwin aurait résumé ainsi : « mais ce n’est pas surprenant puisque nous ne connaissons pas leur utilité (les organes électriques). Dans Electrophorus et Torpedo, ils servent sans aucun doute de puissants moyens de défense, ou peut-être à s’assurer des proies; mais chez la raie, tel qu’observé par Matteucci, un organe analogue dans la queue manifeste que peu d’électricité, même si l’animal est fortement irrité; si peu en fait qu’il ne puisse sérieusement être d’une quelconque utilité » (cit. Peckman, 1959). Le problème de l’ancêtre commun fut résolu dans les éditions ultérieures, lorsque Darwin comprit que pour différents groupes d’espèces, l’organe électrique était développé dans différentes parties du corps, que le courant généré avait des différentes directions, et que le processus générateur d’électricité était aussi différent. Ainsi, les organes électriques des diverses espèces de poissons électriques ne pouvaient être considérés comme homologues (provenant d’un ancêtre commun), mais seulement analogues en fonction.

Babuchin, en 1877, démontra que le terme « organe pseudo-électrique » était une erreur et que l’on devrait considérer ces organes comme étant entièrement fonctionnels. Babuchin fit preuve d’imagination dans sa démonstration. Il travaillait sur une préparation muscle-nerf de grenouille lorsqu’il décida de connecter le muscle à l’aquarium d’un mormyre via deux électrodes. Le muscle s’est mis à se contracter au rythme des impulsions électriques du poisson. Les poissons « pseudo-électriques » avaient donc un organe électrique complet et fonctionnel. On les nomme maintenant poissons faiblement électriques.

Références Erik Harvey-Girard.  "Le 19e des poissons électriques : Problèmes d’électrophysiologie… et problèmes d’évolution."  Apteronote. Ed. Erik Harvey-Girard. Ottawa: Mai 28, 2005. <  >