E16 Magnétoréception et orientation dans un champ géomagnétique

Topique

La magnétoréception chez les poissons est leur capacité à détecter le champ géomagnétique terrestre afin d'obtenir des informations sur leur latitude, leur longitude et leur direction de déplacement lors de migrations au long cours. L'intensité du champ géomagnétique à la surface de la Terre varie entre 25 et 65 microteslas et son inclinaison – l'angle entre le vecteur champ et l'horizontale – augmente de 0° à l'équateur à 90° aux pôles. Cette double variation fournit aux poissons à la fois une boussole, indiquant la direction du nord, et une carte, leur donnant une indication approximative de leur latitude.

Deux mécanismes physiques distincts ont été proposés chez les poissons pour détecter ce champ géomagnétique : les magnétites biogéniques, des cristaux d'origine cellulaire détectés chez la truite, le saumon et d'autres espèces migratrices ; et le mécanisme des paires de radicaux, basé sur la dépendance du spin quantique de certaines réactions photochimiques au champ magnétique, possiblement via des protéines appelées cryptochromes présentes dans la rétine des poissons.

Les magnétites biogéniques agissent comme de minuscules aimants qui tournent jusqu'à s'aligner avec le champ géomagnétique, générant ainsi des signaux mécaniques sur les membranes sensorielles auxquelles elles sont fixées. La rotation exercée par le champ magnétique sur chaque cristal de magnétite dépend du moment magnétique propre à ce cristal et de l'intensité du champ magnétique environnant. Pour que ce mécanisme fonctionne comme un capteur, l'énergie acquise par le cristal lors de son alignement avec le champ magnétique doit compenser l'énergie thermique ambiante qui tend à perturber cet alignement ; le rapport entre ces deux énergies – l'énergie d'alignement magnétique et l'énergie thermique – détermine précisément la sensibilité de ce mécanisme de magnétoréception.

Le mécanisme des paires de radicaux, le second mécanisme proposé, fonctionne de manière totalement différente de celui des magnétites biogéniques : il ne repose pas sur une rotation mécanique, mais plutôt sur le champ magnétique externe qui modifie l'état de spin quantique de certaines réactions photochimiques se produisant au sein des cryptochromes de la rétine du poisson, changeant ainsi le résultat de ces réactions selon l'orientation du champ magnétique par rapport à l'œil du poisson.

Grâce aux informations sur le champ géomagnétique fournies par l'un ou l'autre de ces deux mécanismes, le poisson peut suivre sa route migratoire en suivant les isoclines (courbes où l'inclinaison magnétique reste constante) et les isogoniques (courbes où la déclinaison magnétique reste constante). L'intersection d'une isocline et d'une isogonique définit une position unique sur la carte géomagnétique, utilisée par le poisson pour s'orienter.

On s'attend à ce que les erreurs d'orientation magnétique d'un poisson naviguant dans un champ géomagnétique normal restent inférieures à dix degrés. Cependant, ces erreurs augmentent significativement lorsque le poisson traverse des anomalies géomagnétiques locales, c'est-à-dire des régions où le champ géomagnétique terrestre, introduit au début de ce modèle, s'écarte de son comportement habituel et cesse de fonctionner comme la boussole et la carte fiables nécessaires à sa migration.

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