Ampoules de Lorenzini -Ampullae of Lorenzini

Les ampoules de Lorenzini, trouvées dans plusieurs groupes basaux de poissons, sont des canaux remplis de gelée reliant les pores de la peau aux bulbes sensoriels. Ils détectent de petites différences de potentiel électrique entre leurs deux extrémités.

Les ampoules de Lorenzini ( Ampulla au singulier ) sont des électrorécepteurs , des organes sensoriels capables de détecter des champs électriques. Ils forment un réseau de pores remplis de mucus dans la peau des poissons cartilagineux ( requins , raies et chimères ) et des actinoptérygiens basaux (poissons osseux) tels que les roseaux , les esturgeons et les poumons . Ils sont associés et ont évolué à partir des organes mécanosensoriels de la ligne latérale des premiers vertébrés. La plupart des poissons osseux et des vertébrés terrestres ont perdu leurs ampoules de Lorenzini.

Histoire

Les ampoules ont été initialement décrites par Marcello Malpighi et plus tard données une description exacte par le médecin et ichtyologiste italien Stefano Lorenzini en 1679, bien que leur fonction soit inconnue. Des expériences électrophysiologiques au XXe siècle ont suggéré une sensibilité à la température , à la pression mécanique et peut-être à la salinité. En 1960, les ampoules ont été identifiées comme des organes récepteurs spécialisés pour la détection des champs électriques . L'une des premières descriptions des canaux potassiques activés par le calcium était basée sur des études de l'ampoule de Lorenzini chez la raie .

Évolution

Les ampoules de Lorenzini sont physiquement associées et ont évolué à partir des organes mécanosensoriels de la ligne latérale des premiers vertébrés . L' électroréception passive utilisant des ampoules est un trait ancestral chez les vertébrés, ce qui signifie qu'il était présent chez leur dernier ancêtre commun. Les ampoules de Lorenzini sont présentes chez les poissons cartilagineux ( requins , raies et chimères ), les dipneustes , les bichirs , les coelacanthes , les esturgeons , les polyodons , les salamandres aquatiques et les cécilies . Les ampoules de Lorenzini semblent avoir été perdues au début de l' évolution des poissons osseux et des tétrapodes , bien que les preuves d'absence dans de nombreux groupes soient incomplètes et insatisfaisantes.

Vertébrés
Lamproies

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Poissons à mâchoires

Poissons cartilagineux Requin blanc (Duane Raver).png

430  millions d'années
Poissons osseux
Poissons à nageoires lobes

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Amphibiens

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autres tétrapodes

(perdu)
Poissons à nageoires rayonnées

bichirs , roseaux Cuvier-105-Polyptère.jpg Erpetoichthys calabaricus 1923.jpg

esturgeons , polyodons Esturgeon noir flipped.jpg Spatulaire (fond blanc).jpg

La plupart des poissons osseux

(perdu)
425  millions d'années
Ampoules de Lorenzini

Anatomie

Chaque ampoule est un faisceau de cellules sensorielles contenant plusieurs fibres nerveuses dans un bulbe sensoriel (l'endampulle) dans une gaine de collagène et un canal rempli de gel (l'ampullengang) qui s'ouvre à la surface par un pore de la peau. Le gel est une substance à base de glycoprotéine ayant la même résistivité que l'eau de mer et des propriétés électriques similaires à celles d'un semi- conducteur .

Les pores sont concentrés dans la peau autour du museau et de la bouche des requins et des raies, ainsi que dans le lambeau nasal antérieur, le barbillon, le pli circumnarien et le sillon labial inférieur. La taille du canal correspond généralement à la taille corporelle de l'animal, mais le nombre d'ampoules reste le même. Les canaux des ampoules de Lorenzini peuvent être poreux ou non poreux. Les canaux non poreux n'interagissent pas avec le mouvement externe du fluide mais remplissent une fonction de récepteur tactile pour empêcher les interférences avec des particules étrangères.

Électroréception

Comment une ampoule de Lorenzini détecte un champ électrique

Les ampoules détectent les champs électriques dans l'eau, ou plus précisément la différence de potentiel entre la tension au pore de la peau et la tension à la base des cellules électroréceptrices.

Un stimulus poreux positif diminue le taux d'activité nerveuse provenant des cellules électroréceptrices, tandis qu'un stimulus poreux négatif augmente le taux. Chaque ampoule contient une seule couche de cellules réceptrices, séparées par des cellules de soutien. Les cellules sont reliées par des jonctions serrées apicales afin qu'aucun courant ne s'écoule entre elles. Les faces apicales des cellules réceptrices ont une petite surface avec une forte concentration de canaux calciques voltage-dépendants (qui déclenchent la dépolarisation) et de canaux potassiques activés par le calcium (pour la repolarisation ultérieure).

Parce que la paroi du canal a une résistance très élevée, toute la différence de tension entre le pore du canal et l'ampoule est supprimée à travers l'épithélium récepteur de 50 microns d'épaisseur. Étant donné que les membranes basales des cellules réceptrices ont une résistance plus faible, la majeure partie de la tension tombe sur les faces apicales excitables qui sont en équilibre au seuil. Le courant de calcium entrant à travers les cellules réceptrices dépolarise les faces basales, provoquant un grand potentiel d'action , une vague de dépolarisation suivie d'une repolarisation (comme dans une fibre nerveuse). Cela déclenche la libération de calcium présynaptique et la libération du transmetteur excitateur sur les fibres nerveuses afférentes. Ces fibres signalent la taille du champ électrique détecté au cerveau du poisson.

L'ampoule contient des canaux potassiques activés par le calcium à grande conductance (canaux BK ). Les requins sont beaucoup plus sensibles aux champs électriques que les poissons d'eau douce électroréceptifs, et même que tout autre animal, avec un seuil de sensibilité aussi bas que 5 nV/cm. La gelée de collagène, un hydrogel , qui remplit les canaux de l'ampoule possède l'une des capacités de conductivité protonique les plus élevées de tout matériau biologique. Il contient du sulfate de kératane dans 97 % d'eau et a une conductivité d'environ 1,8 mS/cm. Tous les animaux produisent un champ électrique provoqué par des contractions musculaires ; les poissons électrorécepteurs peuvent capter de faibles stimuli électriques provenant des contractions musculaires de leurs proies.

Le poisson-scie a plus de pores ampullaires que tout autre poisson cartilagineux et est considéré comme un spécialiste de l'électroréception. Les poissons-scies ont des ampoules de Lorenzini sur la tête, les faces ventrale et dorsale de leur rostre menant à leurs branchies et sur la face dorsale de leur corps.

magnétoréception

Les ampoules de Lorenzini contribuent également à la capacité de recevoir des informations géomagnétiques. Comme les champs magnétiques et électriques sont liés, la magnétoréception par induction électromagnétique dans les ampoules de Lorenzini est possible. De nombreux poissons cartilagineux réagissent aux champs magnétiques générés artificiellement en association avec des récompenses alimentaires, démontrant leur capacité. La magnétoréception peut expliquer la capacité des requins et des raies à former des schémas migratoires stricts et à identifier leur emplacement géographique.

Sens de la température

La substance ressemblant à du mucus à l'intérieur des tubes peut peut-être transformer les changements de température en un signal électrique que l'animal peut utiliser pour détecter les gradients de température.

Voir également

  • Knollenorgan - un type d'électrorécepteur non homologue, trouvé chez les poissons mormyridés

Références