Entre science et imaginaire: une lueur dans un océan de ténèbres

Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Travail de Maturité
Une lueur dans un océan de
ténèbres
Par Louis Klay et Romain Gaspoz
Sous la direction de M. Markus Jordi
Novembre 2010
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Résumé de Louis Klay
À la suite d'une expédition maritime au dessus de la dorsale médio-atlantique, une équipe de
scientifiques fit une découverte étonnante. Un spécimen appartenant à une nouvelle espèce.
Cet individu fut remarquée par sa bioluminescence extraordinaire ainsi que par son organe
unique lui permettant de capturer des échinodermes, appelé l'appendice.
Cette particularité le place dans un nouveau genre : les appendigidés.
Afin de rendre la bioluminescence plus importante aux yeux de la communauté scientifique, il
a été nommé d'après l'étoile du matin, Vénus, la planète associée à Lucifer, le porteur de
lumière. Sous la pression d'un sponsor germanique, il a finalement été baptisé : le
Morgenstern. En l'observant dans son élément, les scientifiques ont pu établir son mode de
vie.
L'espèce fait preuve d'un dimorphisme sexuel très marqué. Tandis que la femelle passera la
première partie de sa vie à chasser autour des sources hydrothermales, en attirant ses proies
grâce à la bioluminescence qu'elle produit, le mâle passera toute sa vie à chercher une femelle,
sans se nourrir autrement que son vitellin. Une fois réunis, ils fusionneront ensemble. Dès
lors, la mâle pourra repérer des échinodermes, présents en abondance autour des sources
hydrothermales, la femelle ayant abandonné ses yeux contre des photophores orbitaux. C'est à
ce moment que l'appendice de la femelle se montrer utile. Celui fonctionne de la même
manière qu'un grappin. Des languettes constituées de muscles et garnies de cils rigides se
referment sur une proie avant de se faire dissoudre par un simili-estomac constituant une
partie de l'appendice. Puis, le bol alimentaire remontera le tube de l'appendice afin de
rejoindre les intestins où les nutriments entreront dans le sang.
Cette capacité de bioluminescence a marqué les scientifiques par l'emplacement des
photophores et par leur structure. La femelle possède deux photophores orbitaux, dont la
structure et le fonctionnement n'ont été observé que sur un seul autre poisson, des plages de
petits photophores sur la tête de l'appendice, lui permettant d'éclairer le plancher océanique
pour que le mâle puisse repérer des proies, et un grand photophore pendu au palais,
étonnamment efficace.
Ce mode de chasse passif fait parti de l'adaptation des espèces abyssales à limiter leur
dépenses en énergie. Afin de ne pas devoir constamment nager pour rester stable, le fait que le
Morgenstern possède un squelette très fin, entouré de peu de muscles le rend moins lourd. En
effet, dans les abysses, la nourriture est rare, tout comme les partenaires sexuels. Le
Morgenstern adopte une parade évolutive avec la fusion des deux individus. Ainsi, la femelle
fournira au mâle des nutriments, pendant qu'il lui fournira un apport constant en sperme ainsi
que sa vision.
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Résumé de Romain
Au matin du lundi 10 mai 2002, une équipe de chercheurs, composée d'une biologiste marin,
nommé François Desbruyères, et d'un océanologue, Markus Kzev, part en expédition sur la
dorsale médio-Atlantique. Ils remontent un poisson étrange, d'une plongée en sous-marin.
Celui-ci fut d'abord repéré, à 4000 mètres de profondeurs grâce à sa luminescence très
marquée. Son étude poussée s'explique par le fait qu'il présente des caractéristiques jamais
encore observées. En effet, un tube terminé d'une boule pend sous son corps et prend base au
dessous de son ventre. Celui-ci lui permet de se nourrir de la faune benthique. Cet organe va
être nommé appendice. Ce poisson possède certaines caractéristiques des saccopharynx, ce
qui lui vaut sa classification dans l'ordre des saccopharyngiformes. Mais, les deux familles qui
en découlent ne semble pouvoir l'accueillir, ainsi, une nouvelle famille a été découverte : les
appendigidés, nom donné provisoirement à cause de l'appendice de cette espèce.
L'espèce est ensuite nommée Morgenstern, son nom vernaculaire et Saccopharynx lucifera,
son nom latin. L'explication du choix de ce nom repose dans son appendice. Celui-ci peut
s'apparenter à une étoile du matin, ancienne arme médiévale composée d'un bâton relié à une
chaîne se terminant par une boule de métal. L'effet que provoque sa luminescence bleue au
cœur du noir des abysses aura aussi fait pensé à Vénus, l'étoile du matin, associée à Lucifer, le
porteur de lumière. Son mode de vie doit être adapté aux conditions rudes de son milieu. En
effet, le Morgenstern vit a proximité de la dorsale médio-Atlantique aux abords des sources
hydrothermales, à 4000-5000 mètres de profondeur. Il n'y a donc pas de lumière, la pression y
est très forte, il y règne une température proche de 0° C, et la nourriture et les partenaire
sexuels y manquent. Le Morgenstern présente un dimorphisme sexuel très marqué. Le mâle
reste au stade d'alevin. Son seul but, étant complétement dépendant de la femelle, est de
trouver une partenaire avant d'avoir terminé les réserves nutritives de son sac vitellin. Pour ce
faire, il est aidé par des hormones sécrétés dans l'eau par la femelle. Quand le mâle trouve une
partenaire, il se lotit dans un orifice au bas du ventre de la femelle, et une connexion des tissus
a lieu. Ainsi, il peut apporter sa vue par connexion nerveuses à la femelle qui est aveugle.
Cette connexion permet un apport constant de sperme, parade évolutive au manque de
partenaire sexuel. La femelle, elle, fournis les nutriments nécessaires au mâle, via une
connexion sanguine, ainsi qu'une protection. Lors de sa vie en solitaire, la femelle se nourrit
de copépodes, de poissons de taille moyenne et de céphalopodes. Elle possède un estomac et
une bouche dilatables, ce qui lui permet d'avaler des individus qui font presque sa taille. Ses
proies sont attirées par ses différents photophores. Elle en possède un au palais et un dans
chaque globe oculaire, à la place des yeux absents, ainsi qu'une plage de photophores sur la
tête de l'appendice. Elle adopte donc un mode de chasse passif. Lors de la phase de couple, la
femelle se nourrit avec son appendice. Les photophores présents à sa base permettent un
éclairage du plancher océanique et ainsi, le mâle peut guider la femelle vers une proie. La
femelle peut ensuite capturer une proie en refermant les languettes de la tête de son appendice
dessus. Dans cette tête, se trouve une sorte d'estomac, qui va alors dissoudre les pics des
oursins ou la carapace d'une proie quelconque et entamer la digestion. Puis le chyme peut
remonter via le tube et finir de se faire digérer dans les intestins. Ce mode de prise de
nourriture lui permet de se nourrir d'oursins, d'échinodermes, ou d'étoiles de mer, très présents
aux alentours des monts hydrothermaux.
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Table des matières
Introduction personnelle de Romain.........................................................................................................................1
Introduction personnelle de Louis.............................................................................................................................1
Introduction...............................................................................................................................................................1
Circonstances de la découverte.................................................................................................................................2
Introduction de l'animal.............................................................................................................................................5
Caractéristiques du milieu de vie..............................................................................................................................6
Le plancher océanique...............................................................................................................................................9
Localisation de l'espèce...........................................................................................................................................11
Taxinomie................................................................................................................................................................12
Caractéristiques.......................................................................................................................................................13
Mode de déplacement..............................................................................................................................................14
Alimentation............................................................................................................................................................14
Comportement alimentaire......................................................................................................................................14
Importance des nageoires........................................................................................................................................15
Flottabilité nulle......................................................................................................................................................15
Anatomie et physiologie interne.............................................................................................................................16
Système digestif......................................................................................................................................................16
Anatomie.................................................................................................................................................................16
L'appendice du Morgenstern...................................................................................................................................18
Partie buccale de la tête...........................................................................................................................................19
Mode de fonctionnement.........................................................................................................................................20
Système cardiovasculaire........................................................................................................................................22
Anatomie.................................................................................................................................................................22
Physiologie..............................................................................................................................................................22
Système ventilatoire................................................................................................................................................23
Anatomie.................................................................................................................................................................23
Physiologie..............................................................................................................................................................24
Physiologie..............................................................................................................................................................24
Système sensoriel....................................................................................................................................................25
Anatomie.................................................................................................................................................................25
Physiologie..............................................................................................................................................................25
Système reproducteur..............................................................................................................................................27
Anatomie.................................................................................................................................................................27
Physiologie..............................................................................................................................................................27
Symbiose mâle-femelle...........................................................................................................................................28
Développement embryonnaire du Morgenstern......................................................................................................30
La Bioluminescence................................................................................................................................................32
Introduction.............................................................................................................................................................32
La réaction chimique...............................................................................................................................................32
Les photophores......................................................................................................................................................32
Les photophores du Morgenstern :..........................................................................................................................33
Les photophores orbitaux........................................................................................................................................33
Les photophores de l'appendice...............................................................................................................................34
Le photophore du palais..........................................................................................................................................34
Activation des photophores.....................................................................................................................................35
Conclusion scientifique...........................................................................................................................................36
Conclusion personnelle de Romain.........................................................................................................................36
Conclusion personnelle de Louis............................................................................................................................37
Remerciements........................................................................................................................................................37
Bibliographie...........................................................................................................................................................38
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Introduction personnelle de Romain
Au moment de choisir le thème de mon travail de maturité, j'ai particulièrement été attiré par
celui-ci, étant donné qu'il est axé sur la biologie, un domaine qui me passionne. Ce qui l'aura
démarqué des autres thèmes biologiques est le fait qu'il laisse une grande place à
l'imagination. L'invention d'un animal imaginaire m'a tout de suite paru plus amusant que
laborieux. Ainsi, je dois dire que mon estimation du temps que le travail me prendrait a été
fausse dès le début. J'ai sous-estimé cet aspect, malgré les avertissements de mon entourage.
Je pensais que quelques jours pendant les vacances d'été auraient suffit.
En fait, Louis et moi avions depuis le début l'intention de faire un travail ensemble. Alors il
aura également fallu trouver un sujet qui nous convenait aux deux. Celui-ci nous plaisant,
nous l'avons mis dans notre premier choix de thèmes. Je dois avouer qu'au début, j'avais
quelques appréhensions quant à l'efficacité et à l'accomplissement d'un travail de cette
envergure à deux. Nous avions déjà été confrontés à des travaux pratiques à faire ensemble et,
certaines fois, notre sérieux aura laissé à désirer. Mon engagement dans ce travail en binôme
n'aura donc pas été sans inquiétudes.
Nous avons choisi ensemble de nous intéresser aux abysses. Il fallait trouver un habitat
méconnu, afin de justifier le fait que cette espèce n'avait pas encore été découverte. Il nous a
paru judicieux de choisir les fonds marins, bien que notre attention se soit aussi portée sur
l'Amazonie. L'invention d'un poisson en a donc découlé, bien que celui-ci, qui devait au
départ être formé d'un individu mâle et d'une femelle soudés, n'était absolument pas pareil que
sa version finale.
Introduction personnelle de Louis
J'avais de toute façon l'intention de réaliser un travail en biologie. Mais la création d'un
animal m'intéressait déjà plus jeune. J'avais déjà tenté cette expérience, en m'arrêtant à la
définition générale, sans jamais approfondir les caractéristiques. C'était donc la parfaite
occasion de le faire. Se plonger complètement dans l'imaginaire était plus qu'attrayant pour
moi, faisant preuve d'une imagination débridée, je pensais que je pourrais donc lui laisser libre
cours. En plus, travailler plus sérieusement me permettrait d'apprendre beaucoup sur la
biologie animale.
Introduction
Les océans recouvrent environ deux tiers de la surface de la planète. En termes de volume, à
l'échelle planétaire, ils représentent 99 % de l'espace de la biosphère, donc 99% de l'espace où
la vie peut se développer. La surface que représentent les océans équivaut à 307 millions de
kilomètre carrés. C'est le milieu naturel le plus important de la planète mais aussi, de nos
jours, le moins étudié. En effet, l'homme a actuellement observé moins d'un pourcent du
volume des profondeurs marines du globe. On estime qu'il reste plusieurs millions d'espèces à
y découvrir. Plus précisément, selon les dernières estimations, il resterait entre 10 et 30
millions d'espèces inconnues. Ce chiffre est énorme en comparaison du nombre d'espèces déjà
découvertes. En effet, à ce jour, on a recensé 1,9 million d'espèces vivantes, qu'elles soient
terrestres, marines ou aériennes. Chaque expédition dans les profondeurs offre la possibilité
de croiser une nouvelle espèce qu'aucun homme n'a vue auparavant. Un problème réside.
Malgré le grand nombre d'espèces abyssales qu'il reste à découvrir, l'homme est en passe de
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
détruire une grande partie de celles-ci avant même qu'un quelconque Homo sapiens ait pu
poser son regard dessus. Les hommes sont intéressés par les océans, car ils sont une source
importante de matières premières. On y trouve par exemple des poissons à la chair fine et
recherchée, des gisements de minerais et de diamants ou des espèces classées "prometteuses"
pour la recherche médicale et industrielle. L'homme rase tout sans s'occuper de la faune
abyssale.
Circonstances de la découverte
Au matin du lundi 10 mai 2002, une équipe de
chercheurs, composée d'un biologiste et d'un
océanologue, arriva à l'institut français de
recherche pour l'exploitation de la mer, Ifremer.
L'institut réalise et met en œuvre des moyens
d'observation,
d'expérimentation
et
de
surveillance des fonds marins, afin d'aider à la
connaissance des océans et de leurs ressources,
ainsi qu'à la surveillance du milieu marin, tout
comme
il
permet
d'avancer
dans
le
développement durable des activités maritimes. Illustration 1: Photo de l'Atalante amarré au port
Cette équipe fait partie des rares chanceuses à de Brest
http://mediatheque.citedelamer.com/fr/dossiersobtenir l'autorisation de participer au programme thematiques/abysses/campagne-big-2010/big-de recherche de l'Ifremer. L'équipe embarqua navire-et-engins/default.asp
alors à bord de l'Atalante. Ce navire polyvalent de
85 mètres de long permet d'utiliser quantités d'appareils en pleine mer, ainsi que des sousmarins. L'Atalante emploie en effet le Nautile et le Victor 6000. Peu après que les
scientifiques eurent pris leurs quartiers, le navire prit la mer, direction: la dorsale médioatlantique
Le voyage dura plusieurs jours, mais l'équipe eut
ainsi le temps de se préparer à travailler dans des
espaces restreints.
Le jeudi 20 mai, à midi, le robot téléguidé Victor
6000 est lancé à l'eau. Relié par un treuil à
l'Atalante, Victor 6000 possède deux bras, un panier
pour récolter des échantillons et un module de base
équipé de trois sondes de température, d'un
aspirateur à faune, d'un préleveur d'eau, de
seringues en titane ainsi que d'un carottier à
sédiments. Grâce à lui, les spécialistes sont capables
d'intervenir à 6000 mètres pendant 100 heures
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Illustration 2: Photo du robot Victor 6000
http://www.ifremer.fr/flotte/systemes_sm/engi
ns/victor.htm
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d'affilée. Les deux scientifiques ont pris place dans la salle de pilotage, où le coordinateur des
opérations et le pilote s'affairent.
Petit à petit, le robot s'enfonce dans l'eau. À travers l'objectif de ses 8 caméras, la lumière se
fait de plus en plus rare, jusqu'à ne plus exister. L'appareil indique qu'il est désormais à 1000
mètres. Les yeux rivés sur les écrans, tous guettent la moindre lueur. Celles-ci ne se font pas
attendre. Une colonie de petits copépodes brillent dans la nuit noire. Mais ces faibles lumières
seront les seules affichées pendant 3 heures durant. Arrivé à 4500 mètres, une lueur intense
balaie l'objectif de la caméra. Personne ne comprend, mais chacun cherche une explication.
Ne trouvant aucune cause plausible, l'équipe se met d'accord pour dire qu'il s'agissait d'un
dysfonctionnement électronique. Dans le doute, on donne l'ordre à Victor 6000 de remonter.
L'opération est suspendue pendant 5 jours, durant lesquels une équipe de techniciens sont
chargés de trouver le problème. Mais ils en viennent à la conclusion qu'il n'y en avait
aucun,que ce n'est pas d'origine électronique. L'océanographe, répondant au nom de Markus
Kzev, propose l'hypothèse qu'un déchet d'origine inconnue ait passé et a réfléchi la lumière
d'un des projecteurs. Bien que François Desbruyères, le biologiste, ne soit pas d'accord,
personne ne trouve d'autre explication. Finalement, la programme reprend, et Victor 6000
replonge.
Arrivé à 4000 mètres de profondeur, le phénomène se produit à nouveau. Réagissant au quart
de tour, le pilote fait pivoter le robot. Tout ce que l'équipe a le temps de voir, c'est la
silhouette d'un gros poisson, émettant une lumière bien
supérieure à celle émise en moyenne dans les abysses.
Dans les quartiers scientifiques, c'est le branle-bas de combat.
Entourés de dizaines d'ouvrages, les deux spécialistes
cherchent à quoi pourrait correspondre ce poisson. Mais après
deux jours de recherche vaine, il n'y a plus de doute : il s'agit
d'une nouvelle espèce.
Illustration 3: Dessin du Nautile
http://www.ifremer.fr/exploration/
nautile/index.htm
Malgré
l'excitation de la découverte, le fait que
des espèces non-recensées vivent dans
les abysses n'est pas une nouveauté, et
chaque voyage là-bas en apporte
plusieurs. Mais François Desbruyères
s'intéresse
à
cette
propriété
bioluminescente exceptionnelle. Dès ce
moment, lui et Markus Kzev feront
pression sur l'organisateur pour le Illustration 4: Déploiement du Nautile
convaincre de lancer une expédition dans http://wwz.ifremer.fr/envlit/surveillance/pollutions_accidentelles/p
un submersible. Malgré ses doutes, il se restige/fr/nautile
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
résout à déployer le Nautile, déjà présent sur le navire.
Un départ en sous-marin nécessite cependant plus d'organisation que le lancement d'un robot.
Le 1er juin, le biologiste, l'océanologue et le pilote entrent dans le submersible. Malgré le fait
qu'il soit long de 8 mètres, le diamètre intérieur n'est que de 2,10m. À l'étroit, c'est à travers
les trois hublots de 120mm que l'équipage regarde l'Atalante disparaître. Le fait est qu'un
sous-marin habité peut opérer pendant bien moins longtemps qu'un robot téléguidé. Alors que
certains se battent pour faire prévaloir que la vision en direct est bien supérieure à la qualité
des images d'une caméra, l'Ifremer décide de les faire travailler en complémentarité.
Le Nautile ne peut travailler que 6 heures d'affilée, et après 5h de recherches vaines, la
motivation a beaucoup baissé. C'est à ce moment que la silhouette lumineuse apparaît au loin.
De peur qu'elle s'en aille, le pilote accélère, mais il se rend vite compte qu'elle ne bouge pas. Il
fait pivoter le Nautile autour du spécimen, tandis que les scientifiques ont le nez collé contre
les hublots. À ce moment, François Desbruyères demande au pilote d'éteindre les projecteurs.
Une lumière bleue enveloppe alors le submersible et ses occupants. Cahiers de croquis sortis,
ils ne bougent pas, jusqu'à ce que Markus Kzev fasse remarquer l'étrange tube, terminé par
une boule sortant de son ventre. Plongés dans leur étude, ils oublient qu'il est temps de
remonter, et doivent procéder à une remontée rapide.
Cinq jours plus tard, l'équipe technique a fini d'installer la cage. Il s'agit d'une grande caisse
de titane , pourvue de pistons sur les côtés, et dont le Nautile tient chacune des deux moitiés
dans un de ses bras. L'objectif est clair désormais: capturer un spécimen. La tâche n’est pas
aisée, et ce n'est qu'en descendant à 4600mètres qu'un individu a finalement être repéré.
Lentement, les bras robotiques se ferment et verrouillent le caisson. La remontée est plus
longue, dans un but préventif tout d'abord. Les pistons sur les côtés servent à équilibrer la
pression entre l'intérieur et l'extérieur de la cage.
Une fois à la surface, le caisson est soulevé, puis relié à une porte étanche, menant à un
aquarium où règne une pression similaire à celle du plancher océanique. Grâce à ce dispositif,
un groupe plus grand de scientifiques peut ainsi observer ce spécimen.
Dès lors, on commence à déterminer sa taxinomie. On remarque, chose étrange, une sorte de
parasite sous le ventre. Après une étude extérieure de plusieurs jours, la décision est prise
d'euthanasier le spécimen. On injecte alors du chlorure de potassium dans l'eau, ce qui a pour
effet de stopper les battements du cœur. Une dépressurisation lente et régulière de l'aquarium
a alors lieu. La dissection peut commencer...
Après trois ans d'études, voici ce qu'ont appris les scientifiques sur cet étrange animal...
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Introduction de l'animal
Le Morgenstern est un poisson abyssal de l'ordre des saccopharyngiformes. Il vit dans l'océan
atlantique entre 4000 et 5000 mètres de profondeur. Il présente un dimorphisme sexuel très
marqué. La femelle mesure de 100 à 120 cm de long tandis que le mâle mesure 20 à 25 cm de
long. Son espérance de vie est estimée à 20 ans. Pour s'adapter au manque de partenaires dans
les abysses, le
mâle et la femelle
fusionnent, ce qui
permet un apport
constant
de
sperme et donc
une fécondation
régulière des œufs.
La femelle ne
possède
pas
d'yeux. Ils sont
remplacés par des
photophores. Elle
dispose
de
connexions
nerveuses avec le
mâle et se sert de
sa
vue.
Le
Morgenstern
est
Illustration 5: Schéma de la morphologie externe du Morgenstern femelle
ovovivipare, donc
la fécondation a lieu dans l'utérus. Comme les poissons de son ordre, il peut ouvrir sa gueule
démesurée à plus de 45° et a un estomac dilatable. Il possède un appendice qui lui permet de
se nourrir de la faute benthique. Celui-ci est recouvert de plages de photophores qui éclairent
la plaine océanique. Le Morgenstern se sert de ses photophores pour émettre de la lumière et
attirer ses proies. Elle se nourrit à proximité des sources hydrothermales, présentes le long de
la dorsale médio-atlantique, car leurs environs sont riches en proies.
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Caractéristiques du milieu de vie
Jusqu'à peu, cette zone était considérée comme vide de toute vie. Les scientifiques pensaient
que la vie dans de telles conditions était impossible. En effet, dans les abysses 1, il manque des
éléments essentiels à la vie, notamment la lumière. Les espèces vivantes dans les abysses
doivent subir des conditions de vie très rudes :
−
Absence de lumière : A partir de 1000 mètres de profondeur, toute la lumière du
soleil a été absorbée. Les espèces abyssales doivent donc vivre sans notre source la
plus importante d'énergie. Le soleil, plus qu'une source d'énergie thermique, permet
aux plantes de faire la photosynthèse. Il faut savoir que celle-ci n'est pas réalisable
sans apport de lumière. Les plantes, autotrophes grâce à ce processus, ne trouvent
donc pas leur place dans cet océan de ténèbres. La photosynthèse constitue la base de
la vie à la surface de la planète. Elle permet de créer du dioxygène en utilisant le
dioxyde de carbone dans l'air. La réaction chimique de la photosynthèse est 6CO 2 +
12H2O + lumière → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. On notera surtout que la photosynthèse
permet la production du glucose (C6H12O6), élément nutritif capital qui permet de faire
vivre toutes les espèces de la surface car il y est à la base de toutes les autres
molécules organiques. Ce manque de glucose produit par les plantes empêche donc
une source de nourriture extrêmement importante à la surface. On peut donc en
déduire que cette absence de lumière est le principal problème de la vie dans les
abysses, car il est la cause d'autres facteurs limitant fortement la vie dans les
profondeurs. Ce facteur a trompé les scientifiques d'antan, qui n'imaginaient pas de vie
sur Terre sans photosynthèse.
−
Température proche de 0 C° : Ceci est le deuxième facteur résultant de l'absence du
soleil. Il est aussi la conséquence du manque de brassage des eaux. Dans les abysses,
la chaleur du soleil n'a aucun effet. On voit, alors, que ce qui est notre principale
source d'énergie thermique est totalement absente dans cette zone. Il en résulte que la
température qui y règne décroît fortement et se stabilise à 1000 mètres de profondeur à
environ 2-4 degrés Celsius.
Il faut savoir que la chaleur est une source d'énergie importante pour les êtres vivants.
Elle permet aux réactions chimiques de se faire plus rapidement. Donc ce manque de
chaleur ralentit les fonctions métaboliques des organismes vivants, qui utilisent ces
catalyseurs naturels dans une bonne partie de leurs systèmes.
−
Manque de nourriture : Malgré une grande diversité d'espèces, évaluée par les
experts, étant donné le volume total que représentent les abysses, la chance pour un
individu de rencontrer une proie est faible. Il y a cependant peu d'individus. Ce facteur
vient s'additionner à celui du manque de photosynthèse et, par extension, du glucose,
1 Tout au long du TM, nous considérerons les abysses comme le volume d'eau directement en contact avec le
plancher océanique.
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
−
−
et limite donc largement les deux sources les plus importantes de nourriture à la
surface du globe.
Pression hydrostatique très élevée : On définit la pression hydrostatique par la force
exercée par une colonne de liquide sur une surface. Cette pression est généralement
exprimée en atmosphères (atm, un atmosphère représentant la pression de l'air à la
surface de la Terre, au niveau de la mer). On sait que la pression hydrostatique croît
d'un atmosphère tous les dix mètres de profondeur. Donc, le calcul est vite fait, à 5000
mètres de profondeur réside une pression 500 fois supérieure à celle de la surface. On
peut aussi calculer que la pression résidant au fond de la fosse des Marianne (zone
abyssale la plus profonde actuellement connue) est de 1100 fois celle de la surface
puisque que celle-ci mesure 11'000 mètres de profondeur. Il est connu que la pression
hydrostatique est le facteur ayant les plus grosses répercussions sur les organismes
vivants. En effet, à haute pression, les organismes se voient affaiblis. Les fonctions
métaboliques marchent au ralenti. On observe, par exemple, des raies et des requins
vivant à plus de 500 mètres de profondeur perdre leur agilité. Cela est dû au fait qu'à
forte pression, certaines enzymes ont du mal à fonctionner.
La teneur en oxygène est réduite : Le manque de photosynthèse et le manque de
brassage d'eau réduisent la concentration de l'eau en O2. On sait que les animaux
marins respirent les molécules de O2 dissoutes dans l'eau et non l'oxygène lié à la
molécule d'eau (H2O). Cette faible teneur réduit la possibilité d'apporter de l'oxygène
pour faire fonctionner tout organisme vivant.
Malgré ces conditions de vie rudes, des espèces ont trouvé leur place dans ce milieu. En dépit
des facteurs cités ci-dessus, les espèces abyssales, doivent répondre à quatre besoins
impératifs pour vivre : elles doivent pouvoir rester dans cette zone pélagique sans monter ni
descendre, trouver de la nourriture, éviter les prédateurs et pouvoir se reproduire. Elles ont
donc eu besoin de développer des techniques ingénieuses par le biais de l'évolution pour
subvenir à ces besoins.
Le premier point important est le devoir absolu pour les organismes vivant dans la zone
pélagique, donc entre la surface de l'eau et le plancher océanique, de se maintenir dans la
colonne d'eau. Il est très dur pour les espèces vivantes de rester dans une zone comme celle-ci.
Ces animaux, faute de lumière, ne voient ni le haut ni le bas et ne se repèrent pas
verticalement. Monter trop haut au descendre trop bas entraînerait une mort presque certaine
de l'individu. Les causes en sont une différence de pression, qui pourrait faire exploser un
animal en cas de remontée trop brusque puisque la pression exercée à l'intérieur serait plus
forte que celle de l'extérieur et n'aurait pas le temps de s'équilibrer. La présence de prédateurs
inconnus, l'exposition à la lumière ou la présence de rochers qui pourraient trancher les
organismes gélatineux habitués à vivre dans un univers sans minéraux .
Les espèces abyssales ont donc dû trouver des réponses à ce problème. Certains poissons
nagent activement pour rester sur place. Cette technique n'est pas efficace étant donné l'apport
important en énergie demandé pour rester en mouvement constant. Beaucoup d'espèces
utilisent des organes remplis d'air, des vessies natatoires, pour atteindre un état de flottabilité
nulle. Cela pose tout de même un problème, car en changeant trop brusquement de
profondeur, il y a risque d'implosion ou d'explosion. De plus, cette vessie se remplit d'air en
fonction de la pression exercée. Certains siphonophores utilisent des flotteurs remplis de
7
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
monoxyde de carbone qu'ils déchargent pour monter ou qu'ils remplissent pour descendre.
Des requins ont des organes remplis d'une huile hépatique plus légère que l'eau.
A la difficulté de trouver des proies, il faut ajouter qu'il faut pouvoir parvenir à l'assimiler. On
a vu, précédemment, que la nourriture manquait dans les abysses. Parmi les solutions
apportées par ces espèces, on notera l'utilisation de leurres bioluminescents (illiciums) afin
d'attirer les proies en pratiquant des embuscades, de chasser passivement, afin de dépenser un
minimum d'énergie, ou de filtrer l'eau et d’en tirer toute particule assimilable. Les
Saccopharynx, tels que le Morgenstern, sont capables de jeûner pendant de longues périodes.
Celui-ci possède aussi un estomac élastique lui permettant d'assimiler une proie presque plus
grande que lui. Beaucoup ont des corps flasques leur demandant un faible apport en énergie;
avoir un corps dur n'est pas une nécessité, étant donné la manque de relief de cette zone
pélagique.
Le troisième impératif est la reproduction. Les espèces abyssales, comme toutes les espèces
vivantes, ont un besoin naturel de perpétuer leur génome. Le problème est que dans un espace
si grand, il est très difficile de trouver un partenaire. Une réponse apportée à cela est
l'hermaphrodisme et l'auto-fécondation, comme certains Ctenophores. Des calamars
s'accouplent à chaque rencontre avec un partenaire et stockent le sperme en attendant que
leurs ovules soient fécondables. Des tracés chimiques, comme des hormones sexuelles, sont
aussi utilisés, mais les scientifiques ne les ont pas encore étudiés précisément. Il est possible
que certaines espèces puissent utiliser la bioluminescence pour attirer leur partenaire. Par
exemple, certains Saccopharynx possèdent des photophores au bout de leur queue, trop loin
de la bouche pour que ce piège soit efficace comme leurre.
Enfin, les organismes vivant dans les abysses doivent être en mesure d'éviter les prédateurs
afin de pouvoir rester en vie. Cette zone "d'entre deux eaux" offre peu de possibilités de se
cacher. Les espèces abyssales peuvent être très petites et donc difficiles à voir pour les
prédateurs. Le Siphonophore Praya mesure 40 mètres de long et est le plus grand organisme
vivant connu à ce jour. Celui-ci profite donc d’une taille imposante qui dissuade les
prédateurs. La bioluminescence permet aussi de créer un effet de contre-illumination qui imite
la lumière ambiante et rend ces animaux invisibles. Les méduses se défendent à l'aide de
cellules urticantes et de toxines.
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Le plancher océanique
Illustration 6: Fumeur noir
Dans cette première partie, il n'a été que question de
la zone pélagique. Dans cette partie nous allons donc
introduire la vie sur le plancher océanique, qui n'est,
contrairement au paradigme de rigueur au 20e siècle,
pas non plus dépourvu de toute vie.
Cette zone benthique est la plus grande surface sur
terre propice au développement de la vie. Bien qu'une
grande partie de cette surface soit un "désert" de boue
avec une biomasse peu dense, le fond des océans a
aussi un relief. Celui-ci ne s'observe qu'aux zones de
dorsales médio-océaniques. Ces zones de dorsales
représentent la frontière entre deux plaques
tectoniques. Celles-ci sont créées par l'éloignement
des plaques l'une par rapport à l'autre en raison d’une
montée du magma venant des couches plus basses. Ce
magma refroidit en contact avec l'eau de mer et forme
un relief.
http://www2.cnrs.fr/breves/47.htm??&theme1=6
Les sources hydrothermales
En général, les espèces animales ou les micro-organismes dans les abysses vivent à proximité
de fumeurs noirs et blancs. On y observe des animaux vivants en communauté. Ces
cheminées hydrothermales forment des oasis de vie au milieu des déserts du plancher
océanique. Ces fumeurs sont la conséquence des mouvements tectoniques des plaques. Ils se
situent à proximité des dorsales océaniques, zones à forte activité géologique. Le processus de
création de ces cheminées est le suivant. L'eau de mer pénètre les crevasses formées par le
refroidissement du magma. L'eau descend à plusieurs centaines de mètres et réagit avec les
roches à 350°C ~. Le gaz qui est produit remonte sous forme d'un fluide noir, chargé de sels
minéraux. Celui-ci ressort par les crevasses. Les éléments transportés par le fluide se déposent
et forment, petit à petit, des cheminées.
Ces sources hydrothermales crachent des gaz et une très forte chaleur. Ils évacuent la chaleur
interne de la croûte terrestre. Cette chaleur équivaut à 350 °C pour les fumeurs noirs, ce qui
influence la température de l'eau et la fait monter d'environ dix degrés dans les environs. Le
fluide émis par les cheminées est composé de plusieurs gaz, notamment du méthane (CH 4), du
H2S, du monoxyde de carbone (CO), et du dioxyde de carbone (CO 2). Il contient aussi des
métaux dissous, comme du Silicium, du Manganèse, du Fer et du Zinc. Cette composition
varie aussi en fonction des roches traversées. On observe donc deux grandes catégories de
cheminées hydrothermales. Les fumeurs noirs crachent de l'eau sulfureuse. Les fumeurs
blancs voient leurs fluides se faire diluer avant leurs émissions. Leurs fluides contiennent du
sulfate de calcium et du baryum. Leur température est moins élevée que celle des fumeurs
noirs (~ 200 °C).
9
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Ici, la photosynthèse n'a pas lieu, mais elle est remplacée par la chimiosynthèse. Assurée par
des bactéries qui imitent ainsi les réseaux alimentaires, et jouent le même rôle que les
végétaux à la surface du globe. Ces bactéries chimiosynthétiques se trouvent dans la fumée
émise par les sources, sur les cheminées et parfois vivent en symbiose avec des espèces à
corps mous en résidant dans leurs tissus. Les bactéries vivant dans le panaches des fumeurs
sont dites extrêmophiles, car elles résistent à des températures de 300 °C ou plus. Le
processus chimiosynthétique simplifié est le suivant : les bactéries brisent les liaisons interatomiques des molécules de sulfure d'hydrogène émises par les cheminées hydrothermales à
l'aide de molécules d'oxygène dissoutes dans l'eau (2H 2S + O2 -> 2H2O + 2S + ATP). Cette
réaction de séparation atomique est connue pour produire beaucoup d'énergie. Celle-ci, en
plus de l'énergie thermique émise par les sources, est utilisée comme celle venant du soleil et
permet donc à ces unicellulaires de fixer le carbone des molécules de dioxyde de carbone à la
molécule d'eau et de créer ainsi la matière organique à la base de la chaîne alimentaire : le
glucose.
10
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Localisation de l'espèce
La localisation géographique du
Morgenstern n'est pas encore très
précisée. On ne l'a, pour l'instant,
observé que dans l'océan Atlantique à
proximité de la dorsale médioAtlantique. On ne sait pas encore si
cette espèce se trouve dans le
Pacifique. Le Morgenstern vit dans la
zone abyssale, entre 4000 et 5000
mètres de profondeur et chasse à
proximité
des
sources
hydrothermales, zone qui offre
beaucoup plus de nourriture que la
zone pélagique. Sur la carte de
gauche,
nous
avons
relevé
l'emplacement où des spécimens ont
Illustration 7: Carte de répartition des sujets
été observés. En la comparant à celle
observés. Un rond indique un individu recensé
de droite, on remarquera que les
observations
d'individus
Saccopharynx Lucifera coïncident avec la ligne indiquant la dorsale médio-atlantique. Nous
pouvons donc supposer que sa répartition géographique se prolonge en suivant cette faille.
Illustration 8: Faille médio-atlantique
http://www.washburn.edu/cas/history/stucker/AtlanticOutlin
eMap.html
11
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Taxinomie
Domaine :
Eucaryote
Eukaryota
Règne :
Animal
Animalia
Embranchement :
Chordés
Chordata
Sous-embranchement :
Vertébrés
Vertebrata
Super-classe :
Ostéichtyens
Osteichtyes
Classe :
Actinoptérygiens
Actinopterygii
Sous-classe :
Néoptérygiens
Neopterygii
Infra-classe :
Teleostéens
Teleostei
Super-ordre :
Elopomorphe
Elopomorpha
Ordre :
Saccopharyngiforme
Saccopharyngiforme
Famille :
Appendigidés
Appendigidae
Genre :
Saccopharynx
Saccopharynx
Espèce :
Morgenstern
Lucifera
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Caractéristiques
Eucaryote : Les eucaryotes, par opposition aux procaryotes, sont définis par leur cellule. Ces
organismes pluri- ou unicellulaires possèdent des cellules contenant un noyau vrai et des
organelles.
Animal : Le règne des animaux (ou métazoaires) est caractérisé par des organismes
eucaryotes mobiles et hétérotrophes. Ils ne possèdent qu'une seule membrane autours de leurs
cellules.
Chordés : Les chordés sont les animaux possédant une symétrie bilatérale. Leurs zygotes se
développent grâce à la formation des trois feuillets. Lors du développement embryonnaire,
l'anus se développe avant la bouche. Il y a la présence d'une corde de symétrie bilatérale, au
moins au stade larvaire.
Vertébrés : Les vertébrés possèdent un squelette et une colonne vertébrale composée de
vertèbres.
Ostéichtyens : La super-classe des ostéichtyens regroupe les poissons osseux.
Actinoptérygiens : Les actinoptérygiens sont les poissons ayant des nageoires rayonnées
soutenues par des rayons articulés et contrôlées par des muscles.
Néoptérygiens : Leur bouche est dans le prolongement de leur corps. Les néoptérigyens sont
plus évolués que les actinoptérygiens. Ils possèdent un nombre égal d'os dermiques et de
supports des rayons de la nageoire dorsale, et un os particulier, le symplectique qui intervient
dans l'articulation de la mâchoire.
Téléostéens : Les téléostéens sont capables d'attirer leurs proies en créant une dépression à
l'aide de leur bouche. Leurs caractères morphologiques divergent d'un clade à un autre. Les
poissons classés dans ce clade y sont surtout regroupés car ils sont proches au niveau évolutif.
Elopomorphes : Leur larve leptocéphale se transforme en un individu très différent d'un point
de vue morphologique.
Saccopharyngiformes : Les saccopharyngiformes possèdent une grande gueule et un estomac
dilatable. La nageoire anale conflue avec la caudale. Les nageoires pelviennes sont absentes.
Les pectorales sont rudimentaires. Les os de la mâchoire sont de fines baguettes, soutenus par
un ligament suspenseur qui permet le maintien de la gueule ouverte sans efforts. Le crâne est
très simplifié et en partie cartilagineux. Les yeux sont petits. La peau n'est pas recouverte
d'écailles. Les ouïes sont petites et rapprochées sur le ventre. Ils ne possèdent pas de vessie
natatoire.
Appendigidés : Ils sont très différents des deux autres familles de cet ordre, les
eurypharyngidés et les saccopharyngidés d'un point de vue morphologique. Au vu de ces
spécificités par lesquelles le Morgenstern se démarque des individus de ces deux autres
clades, il nous a semblé judicieux de le classer dans une famille créée à son égard. Elle en
définit les caractéristiques.
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Éthologie
Mode de déplacement
Le Morgenstern femelle possède deux nageoires pectorales, une nageoire dorsale, une
nageoire caudale aux rayons allongés extrêmement sensibles. Les nageoires pectorales,
dorsale et anale, servent à la stabilisation. Les nageoires pectorales peuvent également servir à
freiner, alors que la nageoire caudale sert à la propulsion. Le Morgenstern mâle possède deux
nageoires pectorales, une nageoire anale et une nageoire dorsale, ainsi qu’une nageoire
caudale dont les rayons sont allongés et très sensibles.
Alimentation
Seule, le Morgenstern femelle se nourrit de copépodes, de poissons divers de taille moyenne,
et ainsi que de petits céphalopodes. Une fois en couple, la femelle se nourrira alors d'oursins,
d'échinodermes ou d'étoiles de mer.
En cas d'absence de proies, la femelle pourra manger de la neige marine. La neige marine est
un agrégat de toutes sortes de déchets provenant de la couche épipélagique. Sa composition
inclut des poissons et des végétaux morts, du plancton et des protistes, des déchets fécaux, du
sable et de la suie mais il est principalement constitué de bactéries.
Comportement alimentaire
Le Morgenstern femelle se sert des photophores de son palais et de son appendice pour attirer
ses proies dans son énorme gueule. Grâce à des organes détectant les différences de pression
situés dans la tête et sa ligne latérale, le Morgenstern referme ses mâchoires sur sa proie avant
qu’elle ne puisse fuir. Dans les abysses, la luminescence peut soit représenter une proie, soit
un partenaire sexuel. Le Morgenstern ne se sert de cette technique que pour piéger ses proies.
La femelle, une fois fusionnée avec le mâle, se servira de son appendice comme d'une arme.
La lumière produite par les cellules photophores situées sur son appendice lui permet de
repérer ses proies. Il amorcera alors une descente et déploiera les languettes de l’appendice.
Ses nageoires pectorales lui permettront de freiner au maximum et de positionner la partie
buccale le mieux possible sur sa proie. Les languettes se refermeront lentement, piégeant ainsi
la proie à l’intérieur de l’appendice. Le Morgenstern restera au niveau du plancher océanique
jusqu’à ce que la proie soit entièrement digérée.
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Importance des nageoires
Le Morgenstern se sert de ses cinq nageoires pour se déplacer. Celles-ci sont : la nageoire
caudale (la queue), la nageoire anale (en dessous derrière la papille ano-uro-génitale), la
nageoire dorsale (sur le dos) et les deux nageoires pectorales (des deux côtés de la ceinture
scapulaire).
Le Morgenstern ne peut se déplacer et garder la bouche ouverte en même temps, car sa gueule
ferait le même effet qu’un parachute, elle retiendrait l’eau et le freinerait. Sa morphologie,
plus précisément celle de sa mâchoire et le fait que ses organes sont arrangés en boule et non
en ligne, comme chez les autres poissons, empêche son corps d’onduler normalement et de
propager ce mouvement à la nageoire caudale correctement . Pour compenser cette rigidité
corporelle, sa nageoire caudale est à la fois souple, large et longue. Cette disposition lui
permet de capter et de brasser plus d’eau à la fois. Afin d’économiser l’énergie, il bat
lentement de la queue, et se déplace donc lentement. Ce mode de locomotion lui convient
parfaitement, car il ne chasse pas des proies rapides.
Chez les poissons en général, les nageoires dorsales servent à équilibrer latéralement le
poisson lorsqu’il est immobile ou nage lentement. Les nageoires pelviennes et anale sont
d’une importance minime, c’est pourquoi le Morgenstern est dépourvu de nageoires
pelviennes et que sa nageoire anale se trouve être fusionnée avec la caudale. Les nageoires
pectorales ont, elles, un rôle plus important. Par exemple, un brusque déploiement de celles-ci
produit un effet de poussée qui permet de suspendre sa course rapidement. Celle du
Morgenstern sont particulièrement importantes et évoluées car elles l’aident à rester au même
endroit.
Le corps d’un poisson est construit de telle manière que chaque mouvement, chaque
contraction le fait avancer. Les pectorales refluent en alternance l’eau afin de compenser cet
effet de propulsion.
Flottabilité nulle
Un Morgenstern femelle n'a pas besoin de se déplacer avant sa rencontre avec un mâle. Il
adopte un mode de chasse passif, ce qui lui permet d'éviter tout mouvement superflu, donc
toute dépense d'énergie. Il doit atteindre cet état de flottabilité nulle. Le Morgenstern n'a pas
d'écailles, comme beaucoup de Saccopharynx, il a donc une masse moyenne inférieure à celle
des autres poissons. Cette absence d'écailles lui permet de faire croître sa flottabilité. En outre,
il a une peau très lisse, afin d'assurer un certain hydrodynamisme, il est donc moins sensible
aux courants. Il a aussi un crâne en partie cartilagineux, ce qui réduit son poids. Son squelette
est frêle et ses muscles
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Anatomie et physiologie interne
Système digestif
Anatomie
Le système digestif du Morgenstern comprend les organes suivants : la bouche, l'œsophage,
l'estomac, l'intestin moyen, le "pancréas", la vésicule biliaire et le foie. Le pancréas des
poissons n'en est pas un à proprement parler. Ce n'est pas un organe mais un tissu diffus
passant dans celui du foie et de la vésicule biliaire. Dans sa vie en couple, le Morgenstern
utilise aussi son appendice pour se nourrir. La mâchoire du Morgenstern est disproportionnée
par rapport à sa taille générale. Son estomac peut se dilater. Cela lui permet d'avaler des
proies mesurant presque sa taille. C'est une parade évolutive au manque de nourriture des
abysses.
Physiologie
La fonction du système digestif est le traitement des nutriments afin de les faire passer dans le
sang et les rendre assimilables pour les cellules. Lors de sa vie en solitaire, le Morgenstern
femelle se nourrit
par la bouche. Les
aliments
sont
ingérés par cet
orifice et entrent
dans
l'estomac
depuis l'œsophage.
La
bouche
et
l'œsophage n'ont
donc
qu'une
fonction
mécanique,
la
bouche broie la
proie grâce aux
dents et l'œsophage
fait descendre la
nourriture
par
action de muscles
(péristaltisme).
L'œsophage est un
conduit du tube
digestif qui relie le
pharynx
et
l'estomac. Dans ce
dernier,
les
Illustration 9: Morgenstern femelle en coupe: principaux organes
aliments
sont
préparés à la digestion. Les glandes gastriques de l'estomac sécrètent de l'acide chlorhydrique
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
(HCl) et du pepsinogène. L'acide chlorhydrique permet de tuer les bactéries ingérées et a un
rôle catalytique. Le pepsinogène est une enzyme permettant la décomposition des protéines.
Cette enzyme est secrétée sous une forme inactive. Là, une action du HCl survient : l'acidité
du milieu augmentant permet l'activation de l'enzyme. Sa forme active se nomme pepsine.
L'acide chlorhydrique a aussi une fonction de dissolution du calcaire. Comme le Morgenstern
se nourrit parfois de proies osseuses, ceci est important. La dissolution de la masse osseuse
d'une proie par action de l'acide chlorhydrique est lente. Ce processus peut prendre jusqu'à 5
jours.
La masse des aliments ressortant de l'estomac se nomme le chyme. Celui-ci continue sa
course dans l'intestin moyen. Les poissons n'ont pas de pancréas à proprement parler. Ce qui
en assure la fonction est en fait une masse de tissus reliant la vésicule biliaire, le foie et
l'intestin moyen. Ce "pancréas" produit trois enzymes : la trypsine, l'amylase et la lypase. La
trypsine décompose complètement les protéines en acides aminés. Ceux-ci passent alors par la
paroi intestinale et entrent dans le sang. L'amylase permet la décomposition des sucres en
glucose. Celui-ci peut alors passer à travers la paroi intestinale et entre dans la circulation
sanguine. Tout le sucre nécessaire est absorbé, alors que l'excédent est stocké par le foie et
réutilisé par la suite en cas de manque. Finalement, la lipase a une action sur les graisses. Le
foie produit aussi préalablement de la bile. Ce fluide jaune est stocké dans la vésicule biliaire.
La bile est un liquide contenant de l'eau et des sels biliaires. L'effet de la bile survient avant
celui de la lipase. La bile émulsionne les lipides en les transformant ainsi en micro
gouttelettes. La lipase finit le travail en décomposant les lipides en acides gras qui entrent
dans la circulation lymphatique contrairement aux glucides et aux protéines. Le péristaltisme,
action des muscles afin de faire avancer la nourriture durant la digestion, est plus lent dans les
intestins et permet une internalisation plus facile des nutriments. Les déchets sont ensuite
évacués par la papille ano-génito-urinaire. Un autre caractère physique de la digestion est sa
durée. Le fait que le Morgenstern soit poïkilotherme (dit "à sang froid") l’empêche de
contrôler sa chaleur corporelle. On sait que la température a un grand effet sur l'activation des
réactions chimiques et des enzymes. Le milieu de vie du Morgenstern est froid, il a donc une
digestion très longue.
Lorsque le Morgenstern femelle trouve un partenaire, il se nourrit grâce à son appendice.
Celui-ci lui permet d'assimiler des échinodermes sur le plancher océanique. Cet appendice est
relié à l'estomac par le biais du canal appendiculaire.
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
L'appendice du Morgenstern
Le Morgenstern femelle est doté d’un organe remarquable jamais observé auparavant. Nous le
nommerons «l'appendice». À la base, il s’agit d’une excroissance du tube digestif et qui s’est
mué en un organe à part entière. L’appendice consiste en deux parties: le tube et la tête, qui
est elle-même composée de deux parties.
Partie stomacale de la tête
La partie supérieure de la tête, appelée partie stomacale, fonctionne comme un estomac. Elle
est principalement constituée de muscles et de glandes gastriques. Sa structure est réellement
semblable à celle d'un estomac. Tout d'abord, on distingue deux tuniques différentes, une
tunique muqueuse, et une tunique musculaire. La tunique muqueuse tapisse l’intérieur de
l'appendice.
Elle
présente des plis
longitudinaux. Son
épithélium est formé
d'une seule couche de
cellules. L'estomac
est le plus souvent
défini
par
son
pouvoir de sécrétion
peptique. Sa paroi est
parsemée des pores
des
glandes
gastriques,
ellesmêmes
souscutanées. Le corps de
la glande gastrique
est formé de cellules
toujours
cubiques,
granuleuses,
acidophiles
et à
important
chondriome2.
Illustration 10: Coupe de la tête de l'appendice
Chez la plupart des poissons, les cellules sécrétant la pepsine sont considérées comme
principales, et celles sécrétant l'acide chlorhydrique secondaires, étant donné qu'elles bordent
ces premières. Dans la partie stomacale de l'appendice du Morgenstern, les glandes sécrétant
l'acide chlorhydrique sont les principales, et sont bordées par les autres. Ceci est dû au fait
2 Le chondriome est un rassemblement de granules dans le cytoplasme qui sert à fournir l'énergie nécessaire à
la production de certaines protéines.
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
que les proies digérées par cet estomac-ci se trouvent être principalement des échinodermes,
des oursins, etc... Ces animaux ont cela de particulier que leur squelette, communément
appelé test, est constitué de calcaire. Étant donné que le calcaire réagit fortement à l'acide
chlorhydrique, avec un dégagement de gaz carbonique, c'est cette réaction qui est à l'origine
d'une telle spécialisation. Il est toutefois intéressant de noter que les glandes sécrétant la
pepsine ne sont pas disparues, elles sont juste passées au plan secondaire. La formation des
glandes gastriques correspond à celle des autres poissons. Une glande gastrique prend
naissance à partir de cellules qui se détachent de l'épithélium, avant de se grouper à l'intérieur
de la sous-muqueuse en un amas sphérique.
La tunique musculaire est, comme son nom l'indique, constituée seulement de muscles, tous
lisses. Une distinction est à faire entre une couche circulaire interne et une couche
longitudinale externe.
Partie buccale de la tête
La deuxième partie, appelée buccale, est constituée de 8 languettes constituées de muscles.
Ces muscles se révèlent être la couche externe de la tunique muqueuse de la partie stomacale,
prolongée jusqu'au bout des languettes. Celles-ci sont garnies d’épines, se révélant être des
structures ciliaires rigidifiées. Au
repos, les languettes se rejoignent
toutes et complètent la partie
inférieure de la sphère que forme
la tête de l’appendice.
Le passage de la partie buccale à
la partie stomacale est assez
brutal. Comme on le voit sur ce
schéma, la tunique muqueuse se
réduit significativement, au point
que les cryptes de l'estomac ne
Illustration 11: Coupe de la structure de l'appendice et contiennent plus que les glandes
produisant le mucus. Cela est dû
des différentes zones
au fait que le suc gastrique atteint
également la partie buccale. Ensuite, la double tunique musculaire de la partie stomacale perd
une couche. À gauche, nous voyons une coupe de la partie stomacale, et au milieu, une coupe
de la partie buccale. À droite, nous pouvons observer le passage d'une partie à l'autre, la partie
stomacale, à droite, se change en partie buccale, à gauche.
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Le tube
Le tube est la deuxième partie de
l’appendice. Tout comme la partie
stomacale, il ressemble en quelque
points à la continuation du système
digestif. Il représente les intestins
moyens. La structure de sa paroi est
pratiquement identique. En effet, celleci est composée d'une tunique muqueuse
et d'une tunique musculaire. La tunique
muqueuse est bien moins développée
que dans un intestin. L'épithélium est
simple et prismatique, mais l'absence de
villosités et de plis transversaux ainsi
que longitudinaux est marquante. La
spécialisation est ici tout aussi
importante que dans la partie stomacale,
voire plus.
Le tube est commencé et terminé par
deux
sphincters
pyloriques.
Un
sphincter pylorique est un repli en forme
d'anneau au commencement et en forme
d'entonnoir à la frontière de la tête. Ce
repli ,formé par la muqueuse intestinale,
contient également un anneau de fibres
lisses rattachées à la tunique musculaire
Illustration 12: Coupe longitudinale du tube
de l'intestin. Ces structures sont
susceptibles d'ouverture comme de fermeture. Leurs fonctions sont variées. Elles empêchent
le reflux du chyme pendant la digestion chimique de la tête vers le tube, elles permettent au
chyme de ne pas retomber dans la tête et elles permettent de bloquer l'accès au tube, afin que
le chyme provenant de l'estomac du Morgenstern ne s'y écoule pas.
Mode de fonctionnement
À l’approche d’une proie, les languettes se séparent l’une de l’autre et s’ouvrent comme une
fleur. Les cils buccaux s’accrochent à la proie, et le Morgenstern referme l’appendice grâce
aux muscles de la paroi de la tête. La proie est accrochée aux cils, se fait remonter et se
retrouve alors prise au piège à l’intérieur même de la tête. Les glandes gastriques de la partie
stomacales sécréteront alors du suc gastrique, qui, par l’action de l’acide chlorhydrique et de
la pepsine, dissoudra le test calcaire de sa proie. Une fois la proie réduite en bouillie, les
muscles de la partie buccale ainsi que de la partie stomacale se contracteront afin de faire
remonter le chyme dans le tube, grâce au péristaltisme.
Les languettes de la tête de l’appendice sont recouvertes de plages de photophores simples.
Cette disposition permet d'éclairer le plancher océanique afin de repérer les proies.
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Système cardiovasculaire
Anatomie
Le système circulatoire du Morgenstern est clos, composé d'une pompe cardiaque, le cœur, et
de vaisseaux. Celui-ci, comme celui des poissons en général, est séparé en deux cavités : une
oreillette (aussi appelée atrium) et un ventricule. On observe que la paroi musculaire du
ventricule est plus imposante que celle de l'atrium. Cela est dû au fait que les muscles du
ventricule doivent se contracter et expulser le sang dans toute la circulation. Le sinus veineux,
relié à l'atrium, collecte le sang
veineux.
Les
principaux
vaisseaux sanguins sont l'aorte
ventrale, qui sort du ventricule
et va vers les branchies. Arrivée
aux branchies, elle se divise en
quatre et est nommée artère
branchiale afférente. En sortant
des branchies, les quatre artères
sont appelées artères branchiales
efférentes. Ces artères se
rassemblent en une aorte dorsale
qui se dirige vers les tissus du
Illustration 13: Coupe du coeur
poisson. Étant donné que les
poissons n'ont qu'une oreillette et qu'un ventricule, leur système circulatoire n'a qu'une voie
circulatoire, en opposition à celle des mammifères et des oiseaux qui en ont deux. La vitesse
de circulation, ainsi que la pression du sang est donc restreinte.
Physiologie
La fonction principale du système circulatoire est l'acheminement du dioxygène et des
nutriments vers les tissus d'un organisme et l'élimination des déchets métaboliques et du
dioxyde de carbone.
La circulation du sang se fait ainsi : le sang vicié
part du cœur depuis le ventricule en direction des
branchies à travers l'aorte ventrale. Arrivé aux
branchies, dans les quatre artères branchiales
afférentes, de l'oxygène se fixe sur les globules
rouges. Le CO2 du sang vicié est rejeté par les
branchies. Le sang est ainsi oxygéné. Celui-ci
continue sa course, à travers les artères branchiales
efférentes, puis l'aorte dorsale, en direction de tous
les organes et muscles du poisson afin de leur
apporter l'oxygène et les nutriments nécessaires. Ces
22
Illustration 14: Schéma de la
circulation sanguine
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
derniers sont entrés au préalable dans la circulation sanguine par le biais de la paroi intestinale
(cf. système digestif physiologie). Le sang, maintenant déchargé de son oxygène, revient au
cœur par les veines et entre dans le sinus veineux, puis dans l'oreillette. Il se fait de nouveau
propulser hors du ventricule par l'action du myocarde (muscle cardiaque). Les déchets
métaboliques sont éliminés grâce aux reins qui filtrent le sang.
Système ventilatoire
Anatomie
Illustration 15: Vue sagittale de la mâchoire du
Morgenstern femelle
23
Le processus respiratoire du Morgenstern,
comme celui des poissons, se fait grâce à
ses branchies. Il en possède huit, quatre
de chaque côté. Elles sont disposées de
part et d'autre du pharynx. Elles sont
constituées de deux lames regroupées par
un os, l'arc branchial. Ce dernier a une
surface rugueuse composée d'épines
(branchiospines) ce qui permet de retenir
les aliments dans le pharynx et de les
empêcher de sortir par les ouïes. Les deux
lames sont composées de nombreux
filaments branchiaux rouges disposés
parallèlement. Cette couleur est due au
fait qu'ils sont largement irrigués par des
vaisseaux sanguins. Vu de l'extérieur, on
voit deux opercules qui recouvrent les
branchies. Ces opercules sont ouverts en
bas. Ces ouvertures se nomment ouïes.
Les branchies présentent une grande
surface, ce qui facilite les échanges
gazeux. Il est certain que cette stratégie
respiratoire aquatique a été choisie par
l'évolution, car elle est très performante.
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Physiologie
La fonction du système respiratoire est de procéder aux échanges gazeux. Ceci consiste en
l'absorption du dioxygène (O2) et l'évacuation du dioxyde de carbone (CO2). Saccopharynx
Lucifera procède par le biais de branchies.
La vie aquatique présente des
inconvénients au niveau de la
respiration. On sait que l'eau
contient environ 35 fois moins
d'oxygène dissous que l'air. On
sait également que l'eau est
beaucoup plus dense que l'air.
Malgré ces facteurs, les espèces
aquatiques ont les même besoins
en
oxygène
que
leurs
homologues
terrestres.
Le
Morgenstern doit donc respirer
35 fois plus qu'un animal vivant
à l'air libre. Il consomme donc
beaucoup plus d'énergie. Il est
connu que les poissons, en
général, utilisent 30% de leur
Illustration 16: Schéma de la circulation par les branchies
consommation en énergie dans
la ventilation.
Illustration 18: Coupe d'un filament branchial
Illustration 17: Structure de l'arc
branchial
Le processus de respiration est le suivant : le
poisson garde la bouche ouverte et absorbe de
l'eau. Celle-ci contient du dioxygène dissous. Contrairement à une croyance populaire un peu
trop répandue, les animaux aquatiques n'utilisent pas l'atome d'oxygène de la molécule d'eau
(H2O), car casser leur liaison demanderait trop d'énergie, mais tout simplement des molécules
de dioxygène dissoutes dans l'eau. L'eau s'introduit donc dans le pharynx de l'animal et entre
24
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
en contact avec la surface des branchies. Du sang circule dans les capillaires branchiaux en
direction de la bouche, ce qui permet un échange à contre-courant avec l'eau, donc de plus
longue durée. L'O2 dissous est absorbé à travers le tissus des filaments branchiaux et se fixe
sur l'hémoglobine. Le CO2 sort de ces tissu et rejoins l'eau. Celle-ci, avec une teneur en O2
réduite et en CO2 augmentée ressort à travers les ouïes.
Système sensoriel
Anatomie
Le centre du système nerveux chez les poissons est l'encéphale. Il est composé de plusieurs
parties : le bulbe olfactif, le cerveau au sens strict, les lobes optiques (uniquement chez le
Morgenstern mâle), le cervelet et le bulbe rachidien. Les poissons possèdent un autre organe
sensitif : la ligne latérale, une chaîne de récepteurs sensitifs qui débouche sur la nageoire
caudale chez le Morgenstern et se sépare en deux filaments qui traînent derrière la queue. Il
faut y ajouter la moelle épinière et les nerfs périphériques.
Physiologie
La fonction du système nerveux est le traitement des stimuli, le contrôle des organes et la
coordination des mouvements musculaires.
Réagir aux stimuli émis par l'environnement est une caractéristique des êtres vivants. Ces
stimuli sont captés grâce aux cinq sens (vue, odorat, toucher, goût et ouïe) et interprétés par
l'encéphale.
Le bulbe olfactif et le cerveau s'occupent ensemble du traitement de l'odorat et du goût (lié à
l'odorat chez les poissons). Les narines des poissons (pas reliées à la bouche par le pharynx)
reçoivent les informations de l'extérieur et les envoient au cerveau qui les interprète. L'odorat
permet au Morgenstern mâle de repérer les hormones sécrétées par l'hypophyse de la femelle.
Son cerveau reconnaît uniquement cette odeur, mais il est suffisamment développé pour la
reconnaitre à plus de cent mètres. L'odorat de la femelle sert à détecter une forte densité de
proies.
Les lobes optiques traitent les informations du sens de la vue. Ceux-ci ont été supprimés par la
femelle en évoluant. La vue n'est pas développée chez la femelle qui possède des photophores
à leur place. Ce sens ne lui est pas indispensable, car son mode de chasse passif dans sa vie
solitaire le préserve du besoin de voir ses proies. Dans la vie en couple, la femelle se "sert"
des yeux du mâle. Ceux-ci sont très performants. Ils sont dotés de mouvements indépendants ,
ce qui permet une bonne observation de la totalité du plancher océanique dans le champ de
vision du mâle. Lorsque le mâle repère une proie, il alarme la femelle grâce à une action
mécanique. Le mâle utilise sa nageoire caudale pour bouger dans tous les sens et diriger la
femelle. Ainsi, elle peut aspirer la proie à l'aide de son appendice. La communication entre les
deux individus est très simple. Elle se fait uniquement par un processus mécanique. Si le mâle
déplace sa nageoire dans un sens, la femelle y va. Le nerf de connexion perçoit les
mouvements de la queue du mâle et envoie les informations au cerveau qui les interprète.
25
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Le sens de l'audition est traité par la ligne latérale qui envoie les informations à l'encéphale à
travers des nerfs auditifs. Les poissons perçoivent les vibrations du milieu à travers les pores
entre leurs écailles. Leur "oreille" est uniquement interne.
Chez le Morgenstern, comme chez la plupart des poissons, le sens du toucher n'est pas
développé. Du moins, ce toucher n'est pas celui auquel on pense. Les poissons captent les
changements de vibration dans l'eau grâce à la ligne latérale, par le même principe que celui
qu'ils utilisent pour capter les vibrations de l'eau. Pas étonnant puisque dans les deux cas, il
s'agit d'ondes. Cela permet aux poissons de repérer une proie ou un prédateur, ce qui a une
importance cruciale dans les abysses. Les Morgenstern femelles possèdent deux filaments
prolongés depuis la ligne latérale qui sortent de la nageoire caudale. Ceux-ci permettent une
distinction extrêmement précise des vibrations de l'eau et malgré la cécité de l'animal, lui
permettent de distinguer les proies et de les repérer.
La moelle épinière permet une innervation de tous les organes et les muscles du corps. On
peut y distinguer les nerfs afférents et efférents. Les nerfs efférents amènent les influx de
l'encéphale aux organes, donc descendent dans la colonne vertébrale alors que les afférents
remontent. Les nerfs sont la base de la connexion entre l'encéphale, les organes et les muscles
du corps. Ils permettent un contrôle volontaire de ceux-ci. Les nerfs permettent aussi un
ressenti du toucher.
26
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Système reproducteur
Anatomie
Dans le système reproducteur d'un individu féminin, on distinguera les voies génitales
conduisant les gonades à l'utérus, la papille ano-uro-génitale reliée à l'utérus par un canal et,
finalement, le second orifice génital relié à l'appareil génital par une ramification des voies
génitales, la voie de connexion.
Cet orifice se présente ainsi : il est ouvert au bas du ventre de la femelle. A son ouverture se
trouve un conduit de la taille et de la largeur du corps du mâle tapissé de glandes pseudogastriques. Celui-ci se nomme conduit symbiotique. Il est ramifié et débouche, tout droit, sur
un canal génital plus mince, relié à l'appareil génital de la femelle, et, en direction de la
bouche de la femelle, sur un canal fait pour accueillir la nageoire caudale du mâle, appelé
canal caudal.
Physiologie
La fonction du système
reproducteur
est
la
transformation des gamètes
synthétisées par les gonades en
individus à part entière. Le
système
reproducteur
comprend l'insémination du
sperme et la fécondation des
œufs, puis le développement
du zygote, jusqu'à son
relâchement
dans
l'environnement sous forme
d'alevin.
Le
Morgenstern
est
ovovivipare. Cette stratégie de
reproduction est en quelque
sorte l'intermédiaire entre la
Illustration 19: Coupe des organes génitaux de la femelle
viviparité et l'oviparité. Alors
que la viviparité consiste en la protection et la nutrition de l'embryon par la mère après une
fécondation interne, l'oviparité consiste au relâchement des œufs et une fécondation externe.
Les œufs sont ensuite abandonnés et se nourrissent des réserves nutritives (vitellus) contenues
dans l'œuf. L'ovoviviparité consiste en une fécondation interne des œufs qui ne sont pas
nourris par la mère, mais par les réserves vitellines des œufs. Les œufs sont retenus dans les
voies génitales de la femelle et y sont fécondés, puis ils sont conservés dans l'utérus, ce qui
assure une certaine protection des petits. A leur maturité, les petits sortent des œufs dans
l'utérus et sont relâchés par la papille ano-uro-génitale. Ils sont alors indépendants.
D'un point de vue évolutif, cette technique présente des avantages par rapport à l'oviparité.
Une protection est conférée aux œufs, premièrement vis-à-vis de l'environnement et
27
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
deuxièmement contre les prédateurs. Les œufs sont maintenus dans des conditions de
développement constantes. Il n'y a pas de changement majeur de température ou de pression.
Les œufs n'attirent pas les prédateurs, car ils sont protégés par la femelle. La femelle peut
donc garantir de pouvoir mettre au monde une bonne partie de ses petits.
Les œufs de la femelle doivent être fécondés par du sperme. Il est donc impératif qu'elle
trouve un partenaire sexuel. Le mâle, qui présente un dimorphisme sexuel important comparé
à la femelle, entre en symbiose avec celle-ci. Le mâle permet un apport constant de sperme
pour féconder les œufs de la femelle à chaque fois que l'occasion se présente.
Nous l'avons déjà vu précédemment, il est très dur de trouver un partenaire sexuel dans les
abysses. Le Morgenstern a dû, pour survivre, recourir à une stratégie particulière. La femelle,
à maturité, sous une action constante de l'hypothalamus (partie au centre de l'encéphale) sur
l'hypophyse, glande principale de l'organisme (située au dessous de l'encéphale), assure une
sécrétion d'hormones sexuelles qu'elle disperse dans l'eau. Elles sont véhiculées dans le sang
et sont libérées dans le second canal génital servant à accueillir le mâle. Ces hormones attirent
les mâles dans la périphérie, qui, par le biais de leur odorat suivent la trace de la femelle. Le
premier arrivé entre dans la femelle par le second orifice génital.
Par chance, un spécimen capturé postérieurement a pondu des œufs lorsqu'elle était dans le
caisson de décompression. Après récupération et incubation, six des sept œufs ont éclos et
nous avons constaté que cinq étaient des mâles et seulement un seul une femelle. Nous
pouvons donc en conclure que le sexe ratio est nettement en faveur du mâle.
Symbiose mâle-femelle
Après avoir attiré un
partenaire
sexuel,
un
mécanisme permet aux deux
individus de se mettre en
symbiose. Premièrement, le
mâle entre dans l'orifice
symbiotique, la caudale en
avant. À ce moment-là, un
repli
cartilagineux
de
l'orifice
symbiotique
décollera le sac vitellin du
ventre du mâle. La caudale
est repliée et entre dans un
canal plus mince prévu pour
l'accueillir, appelé canal
caudal.
Celui-ci
est
particulièrement innervé et
permettra une connexion Illustration 20: Coupe des organes génitaux de la femelle avec le
mâle
nerveuse entre les deux
28
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
individus. De ce fait, un contact se fait entre la papille ano-uro-génitale du mâle et le second
conduit génital de la femelle. Le passage du sperme peut se faire. Le mâle garde les yeux et le
crâne à l'extérieur et son corps à l'intérieur du conduit. Lorsque les peaux des deux individus
sont collées l'une à l'autre, une action chimique se déclenche : les glandes pseudo-gastriques
de la paroi du conduit de la femelle se mettent en action et sécrètent de l'acide chlorhydrique,
une enzyme et un analogue de la trypsine. Cela permet une digestion de la peau du mâle ainsi
qu'une fusion avec celle de la femelle. Les tissus sont réunis. La caudale est protégée dans son
canal et ne subit donc aucune attaque de la part de l'acide. Cette première phase dure environ
cinq heures, le temps que l'acide concentré opère sur les tissus et que ces derniers fusionnent.
Puis, survient une phase de connexion sanguine entre les deux individus. Une artère,
ramification de l'aorte dorsale (contenant du sang oxygéné), fusionne avec son homologue
chez le mâle. Trois veines de la femelle entrent en contact avec le sinus veineux du cœur du
mâle et fusionnent. Une enzyme transportée dans le sang de ces vaisseaux permet une réaction
facilitée entre les tissus homologues chez le mâle et la femelle. Une circulation sanguine se
crée. L'artère amène le sang oxygéné de la femelle au mâle et deux des veines bouclent le
circuit avec la femelle. La troisième veine n'a qu'un rôle provisoire. Elle permet de vider peu à
peu le sang du mâle, lorsque le sang de la femelle fait sa première apparition dans le corps du
mâle. Cela permet qu'il n'y ait pas de contact entre les deux sangs différents et pas de
problème d'agglutination du sang. La veine, ne servant plus à rien, se désagrège peu à peu.
Cette phase d'homogénéisation de la circulation se fait en 20 heures. Dans un premier temps,
la pompe cardiaque du mâle fonctionne encore, ce qui lui donne une certaine autonomie en
cas de problème dans le processus. Mais lorsque la fusion complète est terminée et qu'elle
s'avère fonctionner, la pompe cardiaque du mâle finit par cesser son activité et se désagrège.
A ce moment, la circulation des deux individus se fait uniquement par le cœur de la femelle.
C'est seulement quelques mois après que le cœur du mâle s'atrophie.
Quand la fusion totale des deux individus est finie, le mâle est totalement dépendant de la
femelle et certains de ses organes, qui deviennent inutiles, se désagrègent, comme le cœur En
fait, c'est tout le système digestif et le système urinaire du mâle qui ne fonctionnent plus.
Ainsi, le mâle n'a plus qu'une fonction de fécondation des œufs et de vision pour la femelle.
Pour éviter tout rejet immunitaire, l'espèce entière du Saccopharynx lucifera possède la même
« carte d'identité cellulaire ».
29
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Développement embryonnaire du Morgenstern
Le
développement
embryonnaire
du
Morgenstern suit un tracé
similaire
aux
autres
Téléostéens à gros œufs. On
remarque
cependant
quelques particularités dont
la plus importante et le tracé
évolutif du mâle. Le mâle
Morgenstern ne finit jamais
son développement. Il reste
un alevin toute sa vie. Son
système digestif est peu
développé au niveau de
l'estomac. Ceci vient du fait
Illustration 21: Morphologie externe du mâle
que le Morgenstern mâle ne
chassera jamais de proie par lui-même, son estomac sera donc inutilisé. L'anatomie de celui-ci
est en effet marquée par la seule présence de quelques pores de glandes gastriques. À part
pour ce point, on pourrait considérer son estomac comme le simple prolongement du pharynx.
Illustration 22: Morgenstern mâle en coupe : principaux organes
À sa sortie, il est rejoint par le conduit vitellin qui relie le sac vitellin au tube digestif luimême. Le sac vitellin est une excroissance de l'intestin rattachée à l'abdomen. On l'observe
d'habitude chez les alevins qui ont besoin de nourriture le temps qu'ils s'adaptent à leur
environnement.
30
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
En dehors de cela, les intestins ne présentent pas un changement majeur, si ce n'est leur
minceur. Les gonades sont très développées et occupent presque la moitié du corps. Cette
hypertrophie est la preuve d'une des utilités du mâle par rapport à la femelle. Sa deuxième
utilité est prouvée par le développement complet des lobes optiques (que l'on ne pourrait pas
observer chez d'autres alevins). Comme expliqué précédemment, le mâle se servira de sa
vision afin de guider la femelle lors de la capture de proies sur le plancher océanique. Le fait
que son odorat soit plus développé résulte du fait que ses sacs olfactifs sont anormalement
grands, dans le but de détecter les hormones relâchées par la femelle mature et de pouvoir
ainsi la localiser
31
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
La bioluminescence
Introduction
Dans les abysses, la bioluminescence peut être utilisée pour l’éclairage, l’accouplement, la
protection contre les prédateurs ou la prédation. Le Morgenstern utilise cette fonction afin
d’éclairer le plancher océanique, d’attirer son partenaire et de piéger ses proies.
Le Morgenstern possède de nombreux photophores à des endroits stratégiques. Ils recouvrent
la surface entière de son palais et une grande partie de son appendice.
La réaction chimique
Afin de produire cette luminescence, il se sert d’une réaction chimique. Il s’agit du mélange
d’un substrat, la luciférine, et une enzyme, la luciférase.
L’ATP, au lieu de fournir l’énergie à une réaction, activera le substrat. Mais avant, le
magnésium doit activer l’ATP. Ensuite, l’oxygène, O 2, viendra se fixer sur la luciférine pour
former l’oxyluciférine. Le substrat pourra à présent se lier avec l’enzyme et former un
complexe oxydé. Puis, un dioxygène viendra s’ajouter. Le complexe devient un peroxyde et
sera instable. Le complexe retrouvera sa stabilité en libérant des photons et en formant du
CO2. On appelle ce phénomène la décarboxylation. De ce fait, l’enzyme se libérera et pourra
catalyser à nouveau. L’oxyluciférine se retransformera en luciférine sous l’action des
réductases des tissus. La lumière émise est à 99% lumineuse est à 1% calorifique.
Illustration 23: http://coxcorns.free.fr/bio/
Les photophores
Les photogènes sont des cellules modifiées contenant des structures particulières : les
photosomes, formés par les tubules du réticulum endoplasmique. La luminescence est liée à
un changement de la perméabilité de la
membrane du réticulum endoplasmique,
provoqué par un stimuli quelconque, qui met
en contact la luciférine et la luciférase. Un
photophore important possède des groupes de
photogènes appelés acini. L’importance d’un
photophore l’amène à développer de
nouvelles annexes. Par exemple, des
iridocytes seront amenés à former un
réflecteur entourant le photophore. Une ou
deux couches de cellules pourront constituer
un écran coloré, qui servira à modifier la Illustration 24: http://coxcorns.free.fr/bio/
longueur d’onde de la lumière. Pour finir, un
amas de tissus gélatineux fera office de lentille, afin de réfracter ou d’intensifier la lumière.
32
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Ainsi aucun photon n’est gaspillé, mais utilisé au maximum. Le siège de la lumière se trouve
dans le cytoplasme des photogènes. Ces photophores sont légèrement enfoncés dans le derme
et leur face interne possède un réflecteur doublé d’une couche pigmentaire opaque qui sert à
réfléchir les rayons vers l’extérieur. La direction des rayons lumineux peut être contrôlée par
une lentille de protéines située dans l’ouverture du photophore. Cette réaction produit une
lumière bleue (lumière froide) , car il s’agit de la longueur d’onde qui se propage le mieux à
cette profondeur. Cette production de lumière n’a pas d’interprétation certaine, mais on pense
que le Morgenstern pourrait imiter les signaux lumineux de la parade sexuelle d’autres
espèces afin de les attirer et les manger. Une autre hypothèse serait que la luminescence
attirerait d’autres prédateurs qui croiraient avoir affaire à une proie, et se feraient manger par
le Morgenstern.
Au niveau embryologique, on note que les photophores proviennent du feuillet ectodermique.
Les photophores sont, dans un premier temps, générés par l’assise génératrice de la peau et en
font donc partie, avant de s’enfoncer progressivement sous le derme. La lentille, les cellules
photogènes sont d’origine ectodermique, alors que le réflecteur, la couche pigmentée, le corps
gélatineux ainsi que la musculature sont d’origine mésodermique.
Les photophores du Morgenstern :
Les photophores orbitaux
Dans la famille des saccopharynx, les yeux ont une importance minime voire nulle. Le
Morgenstern femelle n’a pas l’utilité du sens de la vue. Ses yeux se sont donc entièrement
atrophiés, mais cette atrophie laisserait les orbites vides. Or, chez le Morgenstern, on observe
que deux photophores ont pris la place des yeux dans les orbites. En s’intéressant de plus près
à ces photophores, nous remarquons que leur structure ne ressemble en rien à celle des
photophores du palais ou de l’appendice. Une telle structure n’a pour l’instant été observée
que chez un autre
poisson abyssal,
l’Ipnops murrayi.
Chaque
photophore
est
composé
d’une
multitude
de
prismes
hexagonaux. Des
mélanophores les
séparent
en
groupes de 30 à
40 prismes d’une
seule couche et
côte à côte. Sur Illustration 25: Structure de photophores orbitaux
chaque hexagone
se trouve une cellule photogène arrondie à gros noyau, et sous chaque groupe se situe un
33
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
mélanophore en forme de cuvette. L’ensemble repose sur une couche conjonctive riche en
vaisseaux sanguins et en filets nerveux.
Bien que ces photophores occupent la place des yeux, ils ne comportent aucune trace de nerf
optique ni aucune structure rétinienne. Les photophores sont protégés par deux os
transparents, qui se révèlent être les frontaux amincis.
Les photophores de l'appendice
La tête de l’appendice est parsemée de
photophores. Le fait qu’ils n’aient pas la taille
des photophores du palais ou orbitaux
expliquerait le fait du peu de complexité dont ils
font preuve. Mais ceci est surtout dû au fait de la
proximité avec d’autres photophores. Plus
d’annexes prendrait trop de place, et la capacité
de ce genre de photophores étant réduite, la
perte de place ne serait pas rentabilisée par le
rendement amélioré du photophore. Les
photophores de l’appendice constituent des
plages lumineuses. Chacune de ces plages seIllustration 26: Coupe d'un photophore de
trouve sur une languette de l’appendice. Cettel'appendice
disposition permet de concentrer la lumière vers
le bas, éclairant ainsi le plancher océanique. La femelle seule ne l’utilisera presque pas, à
cause de leur disposition.
Le photophore du palais
Le palais du Morgenstern est doté
d'un photophore important. Il
possède plusieurs annexes : une
« lentille » (en réalité il s’agit de
tissus gélatineux qui font office de
lentille) ainsi qu'un écran coloré.
Au contraire des photophores
invaginées de l'appendice, celui-ci
pend au palais. L'organisation
interne du photophore est spéciale
dans les acini qui forment une
boule entourée d'une membrane
plasmique. Entre les acini circule
un liquide interstitiel. Il permet
d'amener l'oxygène, les nutriments
Illustration 27: Coupe frontale du photophore du palais
34
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
et l'adrénaline de la veine jusqu'aux cellules, et en retour évacuent les déchets et le CO 2 dans
le sang.
Activation des photophores
Contrairement aux bactéries, les photophores se servant de réactions chimiques pour produire
de la lumière n’en produisent pas en continu. Il leur faut un stimulus. Pour les photophores
orbitaux, ainsi que ceux du palais, en raison de leur emplacement et de l’absence de muscles
environnants, le Morgenstern se sert d’un stimulus chimique. Comme dans le plupart des cas,
il s’agit de l’adrénaline. Elle passe par le sang et lorsqu’elle atteint un photophore, la
luminosité de celui-ci va croître, puis décroître, dans un temps qui dépendra de la quantité
injectée. On observe dans tout les cas que la période de décroissance est plus longue que la
période de croissance.
Le relâchement constant d'adrénaline dans le corps risquerait d'entraîner une tachycardie, c'est
à dire une augmentation du rythme cardiaque. C'est pourquoi, le photophore du palais est doté
d'une glande pseudo médullo-surrénale juste au-dessus de celui-ci, et dont l'orifice est relié
directement à l'artère apportant le sang oxygéné. La glande médullo-surrénale est l'une des
glandes surrénales normalement présentes près des reins. Il s'agit d'une glande endocrine qui
sécrète l'adrénaline, sous commande nerveuse. La glande se présente comme un amas de
cellules aux noyaux volumineux entouré d'un vaste réseau de capillaires. Comme elle occupe
la même fonction que les glandes médullo-surrénale, mais qu'elle n'a aucun rapport avec les
reins, elle est simplement désignée comme une glande pseudo médullo-surrénale.
En analysant la composition de la substance sécrétée par la glande pseudo médullo-surrénale,
il a été noté qu'il ne s'agit pas d'adrénaline à proprement parler, elle est donc baptisée l'endoadrénaline, car elle est relâchée directement dans le milieu intérieur. L'endo-adrénaline est
légèrement différente dans ses propriétés à agir sur les récepteurs adrénergiques. Ce sont sur
ces récepteurs que l'adrénaline se fixe pour agir sur les cellules. Sans que la réaction complète
ait été entièrement analysée pour le moment, on en déduit que les récepteurs adrénergiques
des cellules photogènes sont modifiés afin que l'endo-adrénaline puisse s'y fixer et déclencher
la réaction bioluminescente.
On remarque la présence d'une glande identique entre les photophores orbitaux.
Mais bien que la promiscuité empêche les photophores de l'appendice de se doter d’annexes,
elle permet de faciliter la propagation du stimuli initiateur. En effet, la stimulation de ceux-ci
se fait par contraction musculaire de la tête de l’appendice. Cette proximité permet de ne pas
gaspiller d’énergie mécanique. Nous rappelons que l’économie d’énergie est capitale dans les
milieux extrêmes comme les abysses.
35
Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
Conclusion scientifique
Bien que nous étions en mesure d'étudier les particularités notables du Morgenstern, nous
sommes conscients que beaucoup est encore à faire. Des recherches plus approfondies sur une
explication génétique concernant le sexe ratio en faveur des mâles peuvent encore être
menées, ainsi que la raison génétique pour laquelle le mâle reste au stade d'alevin. Qu'est-ce
qui le force à stopper son développement? Il est certain qu'il faudrait pousser les recherches
génétique. Étudier les propriétés de l'endo-adrénaline pourrait également avoir des
répercussions dans l'avancée médicale. Les récepteurs adrénergiques pourrait fournir des
informations précieuses sur le comportement des catécholamines, la famille d'hormone
comprenant l'adrénaline. Malgré le fait que des recherches telles que celles présentées dans
ce travail aient été conduite, les continuer plus loin serait un privilège, car chaque découverte
n'est pas autant observée. Des expéditions ultérieures devraient pouvoir ramener une autre
espèce de cette famille des appendigidés qui ne comporte que le Morgenstern pour l'instant.
Ce serait l'occasion d'apprendre plus sur le développement embryologique à la base de la
formation de l'appendice.
Conclusion personnelle de Romain
Finalement, ce travail passionnant m'aura permis d'étudier les abysses ainsi que de m'y
intéresser. Cet espace est encore largement méconnu de nos jours et reste quelque chose de
mystérieux. J'ai également beaucoup enrichi mes connaissances en matière de biologie en
faisant passablement de recherches. Bien que certaines de mes recherches sur l'anatomie des
poissons furent obsolètes, car trop précises, elles m'auront permis d'acquérir un savoir sur les
poissons.
Au niveau du groupe, tout s'est bien passé. Malgré mes quelques appréhensions du départ
quant à la réalisation d'un travail de maturité à deux, nous avons été très corrects l'un vis-à-vis
de l'autre et aucun conflit n'a eu lieu. Chaque fois que l’un avait une idée bonne ou mauvaise,
nous avons d’abord essayé de la développer plutôt que de la rejeter directement et de se lancer
dans un débat stérile. Cette bonne entente nous aura sûrement fait gagner un temps précieux et
permis d'élaborer les grandes particularités de notre travail, qui, au final, ne sont parties que
d'idées anodines. Malgré ma satisfaction finale concernant ce travail, nous aurions pu
travailler plus tôt, car nous ne nous sommes rendu compte de son étendue que trop tard. Nous
avons été stressés par certaines dates de reddition à cause de cela.
Si je pouvais refaire ce travail, je serais certainement resté dans le domaine des abysses, mais
j'aurais inventé un animal tout à fait différent. Mes recherches sur cet habitat m'auront permis
de découvrir des espèces dont je n'avais même pas imaginé l'existence. J'aurais donc
certainement créé quelque chose d'encore plus inconcevable, tel qu'une espèce de
siphonophore ou d’holothurie. Malheureusement, le Morgenstern avait déjà été inventé et
nous pouvions difficilement revenir en arrière.
Des idées assez importantes qui auraient permis d'ajouter des particularités à notre poisson ont
étés évoquées que trop tard dans l'avancée de notre travail. Elles n'ont donc pas pu être mises
en place. Parmi ces idées je retiens particulièrement notre envie de mettre au point un système
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
qui aurait permis à un mâle qui n'aurait pas trouvé de partenaire de sortir de son état larvaire
au bout d'un certain temps et de devenir indépendant. J'avais également envie de créer un
système de flotteurs afin de croître la flottabilité de notre animal et de lui permettre de vivre
dans la zone pélagique puis de descendre dans les abysses.
Quant à mon temps passé à travailler dessus, il aura été largement plus long que mes
estimations postérieures. Ainsi, j'y aurais consacré beaucoup de temps de mes vacances d'été,
qui n'aura d'ailleurs pas été perdu.
Conclusion personnelle de Louis
Paradoxalement, en travaillant sur un animal imaginaire, j'ai amassé énormément de
connaissances sur les abysses et sur les poissons. Bien que les recherches étaient longues, cela
m'a passionné au plus haut point. Si je devais refaire un travail de maturité, je prendrais sans
aucun doute le même sujet. Cependant, je travaillerais probablement dans un domaine
complètement différent, afin d'apprendre plus sur un autre environnement. Après réflexion,
j'aurais aimé réinventer un mythe existant. Le vampire, le bigfoot, le monstre du Loch Ness
ou n'importe quelle créature fantastique. Je ne m'étais jamais investi dans un travail de si
longue haleine et que après quelques erreurs, j'ai pu trouver un rythme et une méthode de
travail qui me convenaient. Je m'étonne moi-même d'avoir été capable de le faire.
Je suis aussi content d'avoir choisi un sujet original, qui n'avait jamais été réalisé auparavant.
Ainsi, mon travail est unique et en aucune façon inspiré d'autre travaux.
Cela m'a permis de réaliser une maquette de cet animal, que je réjouis de montrer à la
présentation orale.
J'ai beaucoup apprécié de faire ce TM avec Romain, l'entente était toujours bonne, on a
toujours respecté les idées de l'autre.
Remerciements
Nous remercions également nos proches et nos parents pour nous avoir conseillé dans certains
choix significatifs. Nous remercions également notre tuteur, Mr. Jordi pour son aide, ses
corrections, ses suggestions, et surtout, sa patience sans faille.
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Romain Gaspoz et Louis Klay - 3M2 – Travail de maturité – Une lueur dans un océan de ténèbres
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