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Introduction
Être ou ne pas être « radioélectrique »
Erik Harvey-Girard


L’étude des poissons fortement électriques a eût durant l’Histoire un apport surprenant étant aux premières loges des premières études de l’électricité (
Voir Histoire). Depuis les années 50, plusieurs chercheurs ont tourné leur intérêt vers les poissons faiblement électriques, restés négligés jusque là (Voir Histoire). Ce manque d’intérêt venait d’une carence technique, mais aussi d’une pensée anthropocentriste. Aujourd’hui, les aptéronotes sont étudiés pour ce sens tout à fait étranger aux humains qu’est l’électroréception. L’intérêt principal est de les utiliser en tant que modèle animal des systèmes sensoriels (Voir Modèle 101). Emettre et percevoir un champ électrique ondulatoire comme une radio n’est pas sans conséquence. Bien sûr, l’effet principal est la perception de son environnement. Cependant, cette propriété de radio émetteur-récepteur pose certains problèmes techniques que ces étranges créatures ont dû régler pendant l’évolution afin d’assurer leur survie.

 

Par exemple, pour éviter d’être des proies faciles pendant la journée, moment où ils dorment, plusieurs aptéronotes diminuent l’intensité de leurs champs électriques (ce qui en réduit aussi la portée) afin de ne pas être perçus par des prédateurs capables de détecter leurs champs électriques même s’ils sont cachés.

  
Le professeur Tournesol. Tintin et les Picaros. © Hergé/Moulinsart 2005

La vitesse de la décharge de l’organe électrique nécessite que le système électromoteur responsable de l’électrogénération soit capable de produire des potentiels d’action de façon synchrone et répétitive à toutes les millisecondes pour avoir une fréquence de EOD de 1000Hz. C’est extrêmement rapide ! Les décharges des neurones (ou l’influx nerveux), que l’on nomme potentiels d’action , prennent normalement environ 5msec pour se compléter chez la plupart des neurones. Comment peut-on avoir un système aussi rapide, synchrone et constant pour générer des champs électriques aussi stables ? Les recherches dans ce domaine montre que ces neurones à potentiels d’action rapides présentent des propriétés électrophysiologiques particulières et expriment certains types de canaux ioniques qui leur permettre de suivre de hautes fréquences (Voir PM et cie). De plus, le système électrosensoriel à la base de la détection électrique doit aussi être capable de coder et de traiter une information sur un large spectre de fréquences (Voir Global vs Local).

 

Plusieurs problèmes que les gymnotiformes ont dû corriger au fil de leur évolution proviennent de la nature électrique du support de leur système sensoriel. Une illustration de cette causalité tient dans le phénomène d’interférence. Lorsque deux congénères émettant à des fréquences semblables s’approchent, le chevauchement des champs électriques occasionne des interférences qui « aveuglent » leurs systèmes électrosensoriels. C’est comme lorsqu’on syntonise deux stations de radio en même temps. Pour pallier à ce problème, plusieurs gymnotiformes ont développé le réflexe d’évitement de l’interférence (Jamming Avoiding Response ou JAR). Si les poissons détectent des interférences dues à une trop grande similitude des fréquences d’émission, le JAR permettra à au moins un des deux poissons d’éloigner sa fréquence d’émission afin de réduire à un minimum acceptable l’interférence. La détection de ces interférences a cependant nécessité un système d’analyse cérébrale plus complexe qu’on aurait pu imaginer au départ (Voir JAR).

 

Un autre exemple des difficultés posées par la nature électrique du stimulus sensoriel réside dans la détection des objets. L’intensité du champ électrique émis diminue en fonction de la distance. Ainsi, le champ électrique produit par un poisson faiblement électrique n’est pas uniforme et est fortement réduit à une distance égale à la longueur du poisson. Dans ces conditions, l’évaluation de la distance d’un objet revêt des difficultés particulières surtout que d’autres caractéristiques de l’objet interfèrent sur les caractéristiques de son image électrique et influencent l’analyse sensorielle (Voir Image électrique).

 

Apteronotus leptorhynchus ou poisson-couteau brun
L’atténuation du champ électrique émis par un poisson faiblement électrique a un effet considérable : l’espace perceptuel du poisson est très localisé. Notre système visuel nous permet de voir sur de grandes distances, par contre un poisson faiblement électrique ne peut percevoir au-delà d’une distance à peu de chose près égale à la longueur de son corps. C’est un peu comme si nous nous éclairions avec une chandelle par une nuit de brouillard. Nous ne pourrions détecter des objets lorsqu’ils seraient à proximité. Les conséquences sur le comportement des poissons faiblement électriques sont importantes, mais assez difficiles à évaluer. Les requins utilisent leur odorat et leur vision de loin. Ce n’est qu’une fois qu’ils fondent sur leur proie qu’ils se servent de leur système électrosensoriel. Pour les aptéronotes, qui vivent dans eaux turbides et qui se basent essentiellement sur leur système électrosensoriel, la perception du monde environnant se fait uniquement sur de très courtes distances. Ça impose un temps de détection et de réaction très rapide et une mémoire spatiale importante (
Voir Espace).

 

Certains problèmes entraînent des solutions particulièrement surprenantes. Les signaux électriques émis par un poisson tout proche peuvent causer des changements globaux du champ électrique émis et perçu par un poisson de l’ordre de 30%. Les stimuli causés par une daphné (proie principale des poissons-couteaux bruns) toute proche créent des changements très localisés du champ électrique d’environ 0,3%. C’est comme si on tentait de déterminer la présence d’un objet sous la surface de l’eau en regardant les vaguelettes qu’il cause dans une mer déchaînée. Comment dans ce contexte un aptéronote peut-il percevoir son repas sans être « aveuglé » par son congénère? Des recherches récentes ont montré que les poissons-couteaux bruns arrivent à effectuer les deux tâches et que leur cerveau est fait pour traiter ces deux types de stimuli (Voir Global vs Local).

 

Les aptéronotes ont aussi appris à utiliser leur système « radioélectrique » avantageusement dans un but de communication entre eux. Ils ont inventé les « chirps ». Ce terme vient du domaine des radars et représente une augmentation soudaine et temporaire de la fréquence détectée, d’où son nom si on écoute le signal sonore qu’il cause (chirp-chirp-chirp). Chez les aptéronotes, il s’agit d’augmenter soudainement et temporairement la décharge de leur organe électrique. Par exemple, les mâles poissons-couteaux bruns pour avertir et repousser un autre mâle qui entre dans leur territoire émettent un petit chirp rapide. Ce sont donc des signaux d’agression ou d’avertissement. Pour courtiser leur dame pendant la saison des pluies amazoniennes, ils émettent des chirps plus longs et plus doux (plus faible variation de fréquence) (Voir Communication). La technique de détection et de différentiation de ces signaux de communication effectuée par les poissons-couteaux bruns est particulièrement élégante et fait appel à la rupture de l’onde de battement occasionnée par le chirp (Voir Détection des Chirps).

 

Références
Erik Harvey-Girard.  "Être ou ne pas être « radioélectrique »."  Apteronote. Ed. Erik Harvey-Girard. Ottawa: Mai 27, 2005. <  >

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