Les rythmes circadiens persistent pendant l’hibernation des ours

Dans une nouvelle étude menée par l’Université de l’État de Washington, des chercheurs ont découvert que les grizzlis maintiennent leurs rythmes circadiens internes même pendant leur période d’hibernation.

Cette découverte fournit des informations significatives sur l’adaptabilité des rythmes circadiens chez différentes espèces, y compris les humains.

Rythmes circadiens

« L’hibernation est une adaptation physiologique hautement saisonnière qui permet aux ours bruns (Ursus arctos) de survivre à des périodes prolongées de faible disponibilité alimentaire », ont écrit les auteurs de l’étude.

« De même, les rythmes quotidiens ou circadiens conservent l’énergie en coordonnant les processus corporels pour correspondre de manière optimale au cycle lumière/obscurité de l’environnement. »

« Les ours bruns expriment des rythmes circadiens in vivo et leurs cellules le font in vitro tout au long de l’année, ce qui suggère que ces rythmes peuvent jouer un rôle important pendant les périodes de bilan énergétique négatif. »

Production d’énergie

Contrairement à la perception commune selon laquelle l’hibernation est un état d’inactivité totale, les chercheurs ont observé que la production d’énergie chez les ours continue de suivre un rythme quotidien, même s’ils dorment pendant des mois.

Les experts ont également constaté que l’amplitude de la production d’énergie était atténuée pendant l’hibernation, avec une plage réduite de hauts et de bas. Le pic s’est produit plus tard dans la journée par rapport à la saison active de l’ours, mais la fluctuation quotidienne était toujours là, ont noté les chercheurs.

« Cela souligne l’importance des rythmes circadiens eux-mêmes – ils donnent aux organismes la flexibilité de continuer à fonctionner dans un état aussi extrême qu’un ours en hibernation », a déclaré le professeur Heiko Jansen, auteur principal de l’étude.

Comment étudier l’hibernation des ours

Ce phénomène a été observé grâce à des analyses génétiques sur des échantillons de cellules de six ours, prélevés pendant leurs périodes d’activité et d’hibernation.

Les cellules ont été cultivées et examinées à deux températures différentes, imitant la température corporelle des ours pendant l’hibernation et les saisons actives.

Les résultats ont montré une expression rythmique de milliers de gènes, conduisant à une production constante mais modulée d’adénosine triphosphate (ATP), le principal vecteur énergétique des cellules.

Implications de l’étude

Les résultats de l’étude ont des implications plus larges pour comprendre la santé métabolique chez l’homme. Les perturbations des rythmes circadiens, telles que celles subies par les travailleurs de nuit, ont été associées à des problèmes métaboliques tels que la prise de poids et le diabète.

En étudiant les ours, qui s’apparentent à des « travailleurs postés extrêmes » pendant leur hibernation, les scientifiques peuvent mieux comprendre comment les périodes prolongées d’inactivité et de jeûne n’entraînent pas de problèmes de santé généralement observés chez les humains dans des conditions similaires.

Conservation de l’énergie

La recherche a également mis en évidence des différences dans les comportements d’hibernation entre les ours et d’autres mammifères hibernants comme les rongeurs.

Contrairement à l’état quasi comateux des rongeurs en hibernation, les ours présentent des mouvements occasionnels pendant l’hibernation, suivant un rythme circadien avec plus d’activité diurne.

« C’est comme régler un thermostat. Si vous voulez économiser de l’énergie, vous baissez le thermostat, et c’est essentiellement ce que font les ours », a déclaré Jansen.

« Ils utilisent leur capacité à supprimer le rythme circadien, mais ils n’empêchent pas l’horloge de fonctionner. C’est une manière vraiment nouvelle d’affiner un processus métabolique et une dépense énergétique chez un animal.

En savoir plus sur l’hibernation des ours

L’hibernation des ours est un processus complexe et fascinant qui implique plusieurs adaptations biologiques uniques. Voici quelques aspects clés de l’hibernation des ours :

Cycle annuel et étapes

Les ours noirs, par exemple, traversent un cycle annuel en cinq étapes, comprenant l’hibernation, l’hibernation en marche, l’activité normale, l’hyperphagie (alimentation excessive) et la transition automnale.

Changements métaboliques pendant l’hibernation de l’ours

Les ours sont considérés comme de véritables hibernants. Ce statut a été confirmé après que les biologistes ont découvert les nombreux changements métaboliques qui se produisent pendant leur hibernation. Ce processus était traditionnellement défini uniquement en termes de réduction de température, ce qui n’est pas significatif chez les ours.

Régulation de la température

Contrairement à certains hibernateurs, comme les spermophiles arctiques, qui peuvent abaisser considérablement leur température corporelle, les ours maintiennent une température corporelle relativement élevée pendant l’hibernation.

Leur métabolisme ralentit considérablement, mais ils ne perdent pratiquement pas de chaleur. Il s’agit d’une approche unique parmi les animaux en hibernation.

Habitudes alimentaires

En préparation à l’hibernation, les ours entrent dans une phase d’hyperphagie, au cours de laquelle ils consomment d’énormes quantités de nourriture. Par exemple, les grizzlis de Yellowstone peuvent consommer jusqu’à 20 000 calories par jour pendant cette période, gagnant jusqu’à trois livres par jour.

Reproduction et hibernation des ours

Le cycle de reproduction des ours est également lié à l’hibernation. Les ourses peuvent retarder l’implantation des œufs fécondés dans leur ventre jusqu’à ce qu’elles entrent en hibernation, ce qui est considéré comme une stratégie de conservation de l’énergie et de contrôle de la population basée sur la disponibilité de nourriture.

Hibernation des ours et construction de leur tanière

Les ours créent généralement des tanières à haute efficacité thermique, souvent sur des pentes à haute altitude. Les tanières sont construites juste assez grandes pour l’ours, avec une entrée qui est rapidement recouverte de neige isolante, maximisant la rétention de chaleur.

Préservation de la santé pendant l’hibernation

Les ours maintiennent leur santé pendant l’hibernation d’une manière qui n’est pas entièrement comprise mais qui présente un grand intérêt pour les scientifiques.

Par exemple, ils sont capables de prévenir l’ostéoporose, une exception notable à ce qui se produit chez la plupart des autres animaux, y compris les humains, lorsqu’ils sont inactifs pendant de longues périodes.

Une étude a montré que les ours en hibernation inhibent les gènes impliqués dans la dégradation osseuse, ce qui suggère une voie potentielle pour prévenir l’ostéoporose chez les humains.

Prévention de l’atrophie musculaire

Les grizzlis peuvent hiberner pendant des mois sans souffrir d’atrophie musculaire, un problème courant chez les autres animaux et les humains pendant les périodes d’inactivité. Leur métabolisme et leur fréquence cardiaque chutent pendant l’hibernation et leur sang devient riche en azote.

Les chercheurs ont identifié un ensemble unique de gènes chez les grizzlis qui stimulent le métabolisme des acides aminés pendant l’hibernation, entraînant ainsi une augmentation des concentrations de certains acides aminés non essentiels qui alimentent la croissance des cellules musculaires.

Applications médicales potentielles

L’étude de l’hibernation des ours a des applications potentielles pour la santé humaine. Par exemple, reproduire un état de type hibernation chez l’homme pourrait être bénéfique pour les victimes d’accident vasculaire cérébral, prolongeant ainsi la fenêtre d’opportunité du traitement.

Ces recherches s’inspirent de la manière dont les ours réduisent considérablement leur métabolisme tout en maintenant leurs fonctions vitales pendant l’hibernation.

Calendrier d’hibernation

Contrairement à d’autres animaux hibernants qui suivent des horaires stricts basés sur la durée du jour, les ours décident eux-mêmes quand hiberner et quand récupérer. Ce moment est influencé par divers facteurs, notamment l’approvisionnement alimentaire et la température.

L’étude est publiée dans le Journal de physiologie comparée B.

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