Survie et Réponse

Systèmes de coordination

L'homéostasie est obtenue grâce à des mécanismes de régulation qui assurent la stabilité lorsque des changements introduisent un déséquilibre dans un système biologique. Lesrécepteurs détectent d'abord tout changement significatif par le biais de stimuli, sa signification est évaluée dans un centre de contrôle et une réponse, généralement une action corrective, est générée et envoyée à un effecteur .

Les organismes multicellulaires complexes, comme les animaux ou les plantes, nécessitent des systèmes de coordination et de signalisation étendus qui peuvent prendre en charge la communication entre les récepteurs et les effecteurs et permettre des réponses réglementaires complexes entre les différentes parties du corps.

Chez les animaux, deux systèmes de coordination transmettent les informations entre les récepteurs et les effecteurs. Ces deux systèmes jouent un rôle dans la réponse aux stimuli, mais de manière différente :

• Système nerveux - les informations sont transmises rapidement et de manière ciblée grâce à des impulsions électriques qui circulent dans les nerfs répartis dans tout le corps, reliant les récepteurs aux centres de contrôle et aux effecteurs.
• Système endocrinien - les informations sont transmises plus lentement et de manière moins spécifique par le biais d'hormones libérées dans le sang. Les hormones sont des messagers chimiques produits par les glandes lorsqu'un stimulus est reçu.

Chez les plantes, la réponse aux stimuli se fait exclusivement à l'aide de systèmes de communication chimiques tels que les hormones végétales plutôt que par des impulsions électriques.

Le système nerveux

Le système nerveux se compose de deux éléments :

• Le système nerveux central (SNC)
• Le système nerveux périphérique (SNP)

Le SNC joue le rôle de centre de contrôle chez tous les mammifères et se compose du cerveau et de la moelle épinière, tandis que le SNP comprend les nerfs qui relient le SNC aux récepteurs/organes sensoriels et aux organes effecteurs. Les cellules nerveuses sont appelées neurones et constituent l'unité fonctionnelle du système nerveux. La propagation d'une impulsion électrique induite par un stimulus à travers les neurones permet d'activer les effecteurs et de générer une réponse.

Selon leur fonction de propagation de l'information au sein du système nerveux, il existe trois types de neurones différents.

• Les neuronessensoriels - transmettent l'information (impulsion électrique) des récepteurs au SNC.
• Les neuronesintermédiaires - qui font partie du SNC (centre de contrôle), transmettent les impulsions des neurones sensoriels aux neurones moteurs, reliant les récepteurs aux effecteurs.
• Les neuronesmoteurs - transmettent l'information (impulsion électrique) du SNC aux effecteurs des organes.

La plupart des stimuli externes sont traités et résolus par la coordination du système nerveux. Depuis le moment où un changement menaçant l'homéostasie est détecté dans un système biologique, déclenchant un stimulus, jusqu'au moment où une réponse est nécessaire pour rétablir l'équilibre. Une impulsion électrique traverse le système nerveux en empruntant les voies suivantes :

1. Récepteur
2. Neurone sensoriel
3. Neurone intermédiaire
4. Neurone moteur
5. Cellule/organe effecteur

Les organes sensoriels

Les organes sensoriels sont un groupe de cellules spécialisées ou de récepteurs sensoriels chargés de percevoir notre environnement et de signaler les changements qui se produisent autour de nous. Les organes sensoriels/récepteurs sont le premier élément de la chaîne de stimulation-réponse qui permet à tous les organismes de s'adapter aux pressions extérieures et de survivre dans un environnement en constante évolution.

Nos organes sensoriels sont responsables de nos cinq sens :

• Le toucher - la peau
• Le goût - la langue
• L'odorat - le nez
• L'ouïe - les oreilles
• La vision - les yeux

Types de récepteurs sensoriels

Un stimulus se produit lorsqu'un facteur spécifique comme la pression/le mouvement, les produits chimiques, la chaleur, la lumière ou autre change et est détecté par un récepteur sensoriel.

Il existe différents types de récepteurs présents dans l'ensemble des organes sensoriels chargés de détecter différents stimuli, mais ils se répartissent grosso modo en quatre catégories principales :

• Mécanorécepteurs - déclenchés par des changements de pression et de mouvement et que l'on trouve, par exemple, dans la peau ou les oreilles.
• Leschimiorécepteurs - détectent la présence de substances chimiques dans les odeurs ou les aliments et se trouvent dans notre nez ou notre langue.
• Thermorécepteurs - ils détectent les changements de chaleur importants dans la peau ou la langue.
• Photorécepteurs - ils détectent la lumière et se trouvent dans nos yeux.

Bien qu'ils réagissent à des stimuli différents, tous les récepteurs sensoriels partagent deux caractéristiques principales :

• Ils détectent un type de stimulus spécifique (par exemple, la lumière)
• Ils agissent comme des transducteurs

Les transducteurs convertissent l'énergie d'une forme à une autre. Dans ce cas, les différents apports d'énergie, sous forme de chaleur ou de lumière entre autres, sont convertis par tous les récepteurs sensoriels en énergie électrique sous la forme d'une impulsion nerveuse électrique.

L'impulsion électrique est générée parce que, lorsqu'ils sont activés par un stimulus, les récepteurs créent un potentiel d'action dans un neurone sensoriel voisin qui se propage à travers les nerfs du SNP jusqu'à ce qu'il atteigne le SNC. La fréquence et la quantité d'impulsions électriques similaires qui atteignent le SNC informent le centre de contrôle de la nature et de la menace du changement. Le SNC transmet alors une réponse adéquate à un organe effecteur sous la forme d'une impulsion électrique. L'organe effecteur prend les mesures appropriées, normalement correctives, pour contrer les effets du changement dans le système biologique.

La plupart des récepteurs sensoriels sont des cellules spécialisées dotées de zones sensorielles qui captent les signaux environnementaux, comme les chimiorécepteurs de nos papilles gustatives qui distinguent différents goûts en détectant différents composés chimiques et qui relaient l'information aux neurones sensoriels. Cependant, certains récepteurs, comme les récepteurs tactiles, sont les extrémités des neurones sensoriels eux-mêmes.

Cellule réceptrice de l'œil

Deux cellules spécialisées jouent le rôle de récepteurs sensoriels de la vision. Les cellules à bâtonnets et les cellules à cônes sont des photorécepteurs qui se trouvent dans la rétine, la couche la plus interne de l'œil des mammifères. En tant que photorécepteurs, les cellules à bâtonnets et à cônes sont responsables de la conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique sous la forme d'une impulsion électrique propagée par le nerf optique jusqu'au SNC. Cela permet d'évaluer les stimuli visuels et d'orienter le comportement.

Les stimuli lumineux provoquent la dégradation du pigment rhodopsine (cellules à bâtonnets) ou iodopsine (cellules à cônes), déclenchant un potentiel générateur dans les cellules bipolaires voisines (neurones) initiant l'impulsion électrique.

Un potentiel générateur décrit un changement dans la différence de tension (potentiel membranaire) d'une membrane cellulaire. Lorsque le potentiel de membrane dépasse une valeur seuil, un potentiel d'action est créé.

Les cellules à bâtonnets et à cônes se complètent pour répondre aux différents stimuli lumineux. Les cellules à bâtonnets sont capables de détecter la lumière de très faible intensité, ce qui nous permet de voir dans des environnements à faible intensité lumineuse, comme la nuit. Cependant, les cellules à bâtonnets ne peuvent fournir qu'une vision en noir et blanc et une faible acuité visuelle. Les cellules coniques, au contraire, peuvent distinguer les différentes longueurs d'onde de la lumière, ce qui nous permet de voir en couleurs. Les cellules coniques ne réagissent également qu'à des intensités lumineuses élevées et donnent une vision très précise (acuité visuelle).

Définition des effecteurs

Il s'agit généralement de muscles ou de glandes activés par des neurones moteurs, le dernier élément de la chaîne stimulus-réponse. Une fois activée, une réponse se traduit généralement par la contraction d'un muscle ou la libération par une glande d'une hormone qui peut produire le résultat souhaité.

Action réflexe

Une action réflexe est un type particulier de réponse involontaire à des stimuli sensoriels. Des stimuli spécifiques et potentiellement dangereux peuvent susciter une réponse automatique très rapide du système nerveux sans impliquer de pensée consciente.

Schéma des actions réflexes

Le diagramme de la Fig. 2 illustre l'arc réflexe mentionné (également connu sous le nom de réflexe de retrait) et suit une chaîne stimulus-réponse typique du système nerveux.

Fig. 2 - Le réflexe de retrait

Les thermorécepteurs de la peau détectent le changement de température et un effecteur musculaire est contracté pour éloigner la main et annuler le changement qui a déclenché le stimulus. Dans ce cas, le centre de contrôle est situé dans la moelle épinière. L'ensemble de la voie n'implique que deux ou trois neurones (parfois il n'y a pas d'implication de neurones intermédiaires) avec une ou deux synapses (mécanisme de communication entre les neurones), ce qui explique pourquoi l'action est si rapide. L'impulsion remonte également jusqu'au cerveau depuis la moelle épinière, mais une réaction est immédiatement déclenchée depuis la moelle épinière pour accélérer le temps de réponse.

Il existe plusieurs arcs réflexes différents pour différents stimuli dangereux, mais la réaction de chaque stimulus spécifique est toujours la même car elle est inconsciente. Outre le réflexe de retrait, d'autres arcs réflexes comprennent le réflexe du genou (réflexe spinal résultant de l'étirement du tendon rotulien) ou le réflexe de clignement (clignement involontaire des paupières).