Adaptation thermique

Définition

L'adaptation thermique est une adaptation dans laquelle une exposition prolongée à un stimulus plus chaud que le zéro physiologique a tendance à le rendre moins chaud, et une exposition à un stimulus plus froid que le zéro physiologique a tendance à le faire sentir moins froid.

En biologie, l'adaptation thermique est comment le corps d'un organisme s'adapte aux variations de longue durée de la température externe.

Un adaptation thermique à différents environnements :

Certains organismes doivent obligatoirement avoir une bonne adaptation thermique en raison des changements constants de leur environnement.

Explications

La plupart d'entre nous ont sauté dans une piscine et ont ressenti le choc de l'eau froide, pour se sentir bien au bout d'une minute environ. Ou, nous sommes entrés dans une bonne douche chaude et après une minute, nous avons tendu la main et augmenté un peu le chauffage parce qu'il ne faisait pas assez chaud. Ceux qui aiment les douches chaudes peuvent augmenter le chauffage plusieurs fois avant que cela ne leur convienne. Dans ce cas, il y a des réadaptations successives.

Cette capacité du corps à s'adapter aux températures est appelée adaptation thermique. Lorsque vous vous adaptez à une température, cela signifie qu'il ne fait ni froid ni chaud, mais neutre. Le métabolisme a différentes stratégies d'adaptation pour éviter les chocs thermiques.

Expérience

Une expérience simple peut clairement démontrer l'adaptation thermique. Prenez trois bols assez grands pour y mettre vos mains pour une simple adaptation locale. Mettez de l'eau froide dans un; vous pouvez ajouter quelques glaçons pour rendre l'eau froide. Mettez de l'eau chaude, mais pas trop chaude pour y mettre les mains, dans l'autre. Et dans le troisième bol, de l'eau tiède, environ 90 °C.

La peau sert de couche thermique. Mettez une main dans le bol avec l'eau froide et l'autre dans l'eau chaude pendant environ une minute. Maintenant, mettez les deux mains dans le bol d'eau tiède. L'eau chaude sera très froide pour la main qui était à l'origine dans l'eau chaude et chaude pour la main qui était dans l'eau froide.

Les scientifiques ne comprennent pas complètement le processus d'adaptation thermique, mais ils le connaissent depuis longtemps. Le premier rapport de l'expérience avec les trois bols d'eau a été donné par le philosophe John Locke en 1690.

Heureusement, l'adaptation thermique a ses limites, car sinon nous risquons de nous brûler ou de geler si à un moment donné la sensation d'avertissement de chaleur ou de froid extrême ne l'emportait pas sur l'adaptation.

Effets thermiques

La température a un impact omniprésent sur les phénotypes et la distribution des organismes. Ces effets thermiques génèrent de fortes pressions sélectives sur le comportement, la physiologie et le cycle biologique lorsque les températures environnementales varient dans l'espace et dans le temps.

Malgré ce fait, les progrès vers une théorie quantitative de l'adaptation thermique ont pris du retard par rapport aux descriptions empiriques des modèles et des processus. Les paradigmes évolutifs actuels (optimisation, génétique quantitative et algorithmes génétiques) permettent d'établir une théorie de l'adaptation thermique. Des modèles simples décrivent l'évolution de la thermosensibilité, de la thermorégulation ou de l'acclimatation. Des modèles plus complexes décrivent la coadaptation des traits ou la coévolution des espèces.

Diverses sources de données remettent en question les principales hypothèses de ces modèles. De plus, les prédictions de ces modèles sont confrontées à des données expérimentales et comparatives. Les exemples empiriques représentent un large éventail de taxons, notamment des bactéries, des plantes, des champignons et des animaux. Le résultat est une synthèse des études théoriques et empiriques de la biologie thermique qui offre un aperçu des processus évolutifs.

Adaptation aux températures extrêmes

Les organismes extrêmophiles sont capables de se développer dans des environnements extrêmes. Les thermophiles sont adaptés aux températures élevées (jusqu'à 122 °C) tandis que les cryophiles (ou psychrophiles) vivent à basse température (jusqu'à -20 °C). Certains de ces organismes sont des thermophiles obligatoires, prospérant à des températures extrêmes, tandis que d'autres sont thermotolérants bien qu'avec une croissance sous-optimale.

Les environnements extrêmement froids et chauds sont omniprésents sur Terre, occupant une grande surface de la planète, malgré que ces habitats soient incompatibles avec de nombreuses formes de vie (organismes mésophiles, avec une croissance optimale entre 20 °C et 45 °C). Cependant, des espèces extrêmophiles ont été identifiées dans les trois domaines de la vie, y compris les animaux et les plantes. Les archées et bactéries thermophiles et cryophiles sont des extrêmophiles adaptés à la température mais aussi à d'autres facteurs liés à leurs habitats extrêmes, comme le pH, la présence de glace, la dessiccation ou les hautes pressions.

Un exemple d'adaptation thermique évolutive est la modification de la composition lipidique membranaire. La stabilité de la membrane bicouche et la perméabilité de la membrane doivent être maintenues à des températures élevées et ceci est obtenu par la modification des pourcentages des différents lipides. La composition lipidique membranaire est la principale différence entre les archées et les bactéries. Cela rend leurs mécanismes d'adaptation de la membrane à la température différents. Alors que les archées thermophiles maintiennent la fonctionnalité de la membrane à toute la plage de températures grâce à leurs chaînes isoprénoïdes uniques, les bactéries thermophiles présentent des modifications de la composition en acides gras en fonction de la température.

Des exemples supplémentaires d'adaptation thermique sont : la composition en acides aminés conduisant à la stabilité thermique des protéines, le nombre d'ORF codant pour les protéines de choc thermique et les chaperons,les systèmes spécialisés de réparation de l'ADN et la taille du génome.

De plus, il a été démontré que le transfert horizontal de gènes joue un rôle important dans l'adaptation évolutive des thermophiles aux conditions extrêmes, fournissant un niveau supplémentaire de plasticité du génome. Le transfert horizontal de gènes peut exister entre des espèces de domaines différents.

Avec l'avènement des transcriptomes et des technologies de séquençage, des contributions majeures dans la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents à l'adaptation bactérienne au chaud et au froid ont été apportées.

Les analyses métagénomiques ne nécessitent pas de culture en laboratoire et ont révélé :

1. la biodiversité dans les communautés microbiennes adaptées à des environnements spécifiques;
2. les caractéristiques génomiques liées à l'habitat.

Les archées et bactéries thermophiles sont à l'origine d'outils très importants pour la biologie moléculaire, comme la découverte historique de l'ADN polymérase Taq largement utilisée pour la PCR. De nos jours, la connaissance et l'utilisation de ces espèces, avec leurs activités métaboliques et enzymatiques uniques, sont essentielles pour le développement de multiples applications industrielles et biotechnologiques.

Les procédés industriels à impact environnemental réduit présentent un intérêt croissant pour une croissance économique durable. Dans ce contexte, les cryophiles sont utilisés comme source d'enzymes et de biosurfactants actifs à froid, qui peuvent être produits à froid (faible impact environnemental) et peuvent remplacer les tensioactifs chimiques dans l'industrie alimentaire, la production de détergents ou l'industrie pharmaceutique.

Les thermophiles présentent également un intérêt industriel : l'archée Sulfobolus, par exemple, a été utilisée comme source d'enzymes et de métabolites d'intérêt dans les industries alimentaire, textile et pharmaceutique en raison de leur stabilité thermique.

En rapport avec "adaptation thermique"

• adaptabilité

  

  L'adaptabilité est la qualité de pouvoir s'adapter à de nouvelles conditions, ou la capacité d'être modifié pour un nouvel usage ou un nouvel objectif.

• adaptateur

  

  Un adaptateur est quelque chose d'adapté (valable) pour mieux convenir à un environnement.

• adaptation

  

  L'adaptation est un processus par lequel des individus, des populations ou des espèces, changent de forme ou de fonction afin de devenir plus performants...

• adaptation des moyens d'existence

  

  L'adaptation des moyens d'existence est un processus dynamique de modification qui essaye de réduire la vulnérabilité et la pauvreté.