E12 Thermorégulation régionale

Topique

L'endothermie régionale est la capacité de certains poissons — thons, marlins, espadons, requins-taupes et grands requins blancs — à maintenir la température de leurs muscles locomoteurs, de leur cerveau ou de leurs yeux nettement supérieure à celle de l'eau environnante, grâce à des échangeurs de chaleur à contre-courant spécialisés, un réseau thermique miraculeux. Contrairement aux mammifères, qui sont des endothermes complets et régulent la température de l'ensemble de leur corps, ces poissons sont des endothermes régionaux : seules certaines régions de leur corps sont thermorégulées, tandis que le reste demeure en équilibre thermique avec l'eau.

Le mécanisme physique à l'origine de cette endothermie régionale est l'échangeur de chaleur vasculaire à contre-courant : le sang artériel froid provenant des branchies traverse des capillaires situés juste à côté des capillaires veineux qui ramènent le sang chaud des muscles. Le transfert de chaleur entre l'artère et la veine adjacentes est suffisamment rapide pour que le sang artériel atteigne le muscle déjà réchauffé, conservant ainsi la chaleur métabolique au sein du muscle au lieu de la perdre au profit des branchies, puis dans l'eau.

L'efficacité de cet échangeur de chaleur – c'est-à-dire la fraction de chaleur métabolique qu'il parvient à retenir plutôt qu'à perdre – dépend du rapport entre sa conductance thermique et le flux de chaleur transporté par le sang par convection : plus la conductance thermique est élevée par rapport à la quantité de chaleur à retenir, plus l'échangeur est efficace.

La température excédentaire atteinte par le muscle par rapport à celle de l'eau environnante est proportionnelle au rapport entre la vitesse à laquelle le muscle rouge, en activité continue, produit de la chaleur métabolique et les pertes de chaleur qu'il subit au contact de l'environnement.

Cette endothermie régionale permet au thon de nager en eau froide tout en conservant une puissance musculaire élevée, car la contraction musculaire est plus rapide et plus puissante à haute température – un type de dépendance similaire entre la température et la vitesse des processus biologiques, comme décrit dans le modèle d'effondrement thermique présenté dans cet ouvrage. Ainsi, l'endothermie régionale confère au thon un avantage compétitif dans les environnements où la température de l'eau varie. Le comportement attendu est que cette température musculaire excessive soit proportionnelle à la fois à la vitesse de nage et à la taille du corps du poisson, de sorte que les gros thons, pesant plus de cinquante kilogrammes, peuvent maintenir leur température musculaire entre dix et vingt degrés Celsius au-dessus de la température de l'eau environnante — la même différence de température par rapport à l'eau qui a été décrite au début de ce modèle comme la caractéristique déterminante de l'endothermie régionale.

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