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La lumière et les rythmes biologiques

Les variations dans l’année et dans la journée de l’arc diurne et de l’arc nocturne du Soleil induisent à l’évidence des variations biologiques et comportementales chez un très grand nombre d’espèces vivantes. Il semble bien que ce rythme solaire soit plus ou moins mémorisé dans ce que l’on appelle des horloges biologiques. Etendues à la Lune et aux planètes de notre système solaire, ces variations de durée de présence/absence au-dessus de l’horizon sont à la base des types zodiacaux. Le caractère saisonnier et circannuel de la succession des signes du zodiaque est en effet une constatation première. Existe-t-il des observations mettant en évidence les effets de l’éclairement solaire sur les organismes vivants ? Observations que l’on pourrait, de quelque manière, extrapoler vers l’ensemble des planètes du système solaire ?

1) Les effets de la lumière solaire sur les êtres vivants

Chez les vertébrés supérieurs, dotés d’un organe de la vue bien différencié et d’une rétine, l’information sur la présence ou l’absence de la lumière emprunte des voies nerveuses multiples, qui ont pour effet d’activer ou de désactiver certains centres nerveux :

Première voie :

Rétine - tubercule quadrijumeau antérieur - centre ciliospinal de la moelle épinière - ganglion sympathique cervical supérieur - activation de fibres adrénergiques qui accompagnent des vaisseaux sanguins vers l’épiphyse (= glande pinéale), où est activée une enzyme, la N-acétyltransférase.

La lumière a ici une action inhibitrice sur le ganglion cervical supérieur, donc sur l’activité de l’épiphyse.

Seconde voie :

Rétine - noyau supra-chiasmatique de l’hypothalamus antérieur (un des noyaux-clés de l’horloge interne qui règle les rythmes circadiens) - formation réticulée du mésencéphale - centre ciliospinal.

Nous verrons sous peu ce qui, dans ces centres nerveux, est activé par la lumière, et dans quel sens.

Toujours est-il que, chez les oiseaux et les mammifères, la lumière joue un rôle direct dans la reprise hivernale de l’activité sexuelle : la photogonadostimulation est une action réflexe à point de départ rétinien, et dont le centre de contrôle se situe au niveau de l’hypothalamus antérieur. Seule la phase de développement des gonades est régulée ; dès que l’activité des glandes génitales est maximale, leur fonctionnement n’est plus photorégulé : on dit alors que les glandes génitales entrent en phase photoréfractaire : il y a une période en dehors de laquelle l’influence de la lumière n’a aucun effet (51).

Pour notre sujet, l’intérêt semble ici de remarquer que les variations lumineuses modifient l’activité d’un programme génétique qui existe de toute manière indépendamment de la lumière : la lumière est prise comme synchroniseur de processus internes, mais certes pas comme cause absolue de ces processus. Si bien que, nous le verrons, lorsque la lumière ne fait pas l’affaire (variations insuffisantes, par exemple), ce sont d’autres phénomènes naturels qui sont pris comme synchroniseurs par les mêmes horloges biologiques. Il convient d’en déduire que c’est la sensibilité à la photopériode qui est programmée dans le génome, mais qu’elle pourrait tout aussi bien ne pas l’être. Un bon indice de cette prééminence du génome dans le choix des synchroniseurs est le caractère héréditaire du comportement des plantes vis-à-vis de la photopériode (52).

Chez l’homme, les effets de la sensibilité à la photopériode solaire ont été remarqués en pathologie : lorsque l’arc diurne du Soleil est le plus court, en hiver, un certain nombre de sujets présentent des symptômes de "dépression hivernale" : sommeil difficile, somnolence de jour, appétence pour les aliments au goût sucré, tristesse, irritabilité, déficit de la sociabilité, baisse du désir sexuel, idées de suicide. L’exposition volontaire à une lumière intense sous contrôle médical, ou photothérapie, améliore les symptômes dépressifs dans une majorité de cas : I’efficacité du sommeil, ainsi que la longueur des phases de sommeil profond sont augmentées ; sur le plan hormonal, on observe alors une augmentation du taux de la noradrénaline plasmatique, qui se manifeste par une amélioration générale de l’humeur du sujet (53).

2) Les horloges biologiques

Lorsque le génome décide de se saisir d’un facteur de l’environnement, par exemple la lumière, pour en faire un synchroniseur de certains processus biologiques, il peut choisir d’affecter un ou plusieurs organes au repérage des variations du signal et à la transmission des ordres qui vont déclencher les dits processus. L’usage d’un synchroniseur externe à l’organisme est nécessaire pour que l’activité biologique de l’individu soit modulée en fonction des ressources du milieu naturel : il y a un meilleur moment (du jour, de l’année) pour chasser, pour mettre les petits au monde, pour constituer les réserves alimentaires, pour se reposer, etc.

Pour la rythmicité remarquable de la fonction de reproduction chez les animaux, elle peut être considérée comme "le produit d’une internalisation du temps astronomique", qui s’est effectuée au cours de l’évolution, dans le patrimoine génétique des espèces. Toutefois, les rythmes mémorisés dans le génome le sont avec une marge d’erreur plus ou moins grande ; le cycle endogène des animaux ne comporte que 320 à 340 jours au lieu de 365 1/4 ; d’où la nécessité de procéder régulièrement à un recalage des horloges internes grâce à un synchroniseur extérieur (54).

La manière dont se fait le repérage des modulations du synchroniseur n’est pas sans intérêt pour l’astrologie : chez les plantes, pour le passage de l’état végétatif à l’état reproducteur, l’important n’est pas la valeur absolue de la durée du jour (ou de la nuit), mais le moment où interviennent les transitions nuit-jour et jour-nuit ; à ces moments-là entreraient probablement en action des mécanismes enzymatiques qui interféreraient avec la rythmicité liée au métabolisme de la fixation du gaz carbonique dans la photosynthèse (55).

Cette remarque a la vertu de mettre sur la voie de la valorisation des "angles du ciel" en astrologie, en l’occurrence l’axe Ascendant-Descendant : la valorisation des effets d’un signal survenant à l’interface arc diurne-arc nocturne serait liée à une activation enzymatique et métabolique particulière ayant pour effet de faire basculer le sens d’activité d’un ou plusieurs "processus opposants" (Jean-Didier Vincent) sensibles au jour et à la nuit. Nous verrons plus loin qu’une hypothèse analogue a été proposée au sujet de la naissance de l’individu, mettant sur la voie de l’explication du fait bien étrange selon lequel un thème astrologique de naissance "marque" l’individu pour la vie entière.

D’où part l’ordre de prendre en considération un synchroniseur externe ? Du génome. Et plus précisément, des gènes, au niveau de la décision de la transcription bien plutôt qu’au niveau des produits de la transcription (synthèse protéique) (56). Nous voici renvoyés au même type d’effets que ceux envisagés plus haut à propos du signal gravitation/ rayonnement. Nous sommes donc sur le chemin d’une explication unitaire de l’ensemble des processus astrologiques (y compris des transits, considérés comme des réactivations par phases partielles de recalage), I’unité n’étant pas celle des signaux physiques extérieurs (la gravitation n’est en soi ni rythme, ni lumière), mais étant donnée par la réponse de l’organisme vivant.

Chez la drosophile, le rythme d’éclosion est sous la dépendance du gène "période" ou per, dont la molécule d’ARN messager produite est copiée en une protéine appelée PER ; or, le maximum d’ARN messager et de protéines PER correspond au moment de l’éclosion. Par boucle de régulation négative (rétrocontrôle), la protéine PER inhibe la production d’ARN quelques heures plus tard, ce qui correspond à la fin de la période d’éclosion.

De même, chez le champignon Neurospora Crassa, la production rythmique de spores asexués (les conidies) est sous l’influence du gène "fréquence" ou frq. Ce gène code pour la protéine FRQ par l’intermédiaire d’un ARN messager ; puis, comme chez la drosophile, la protéine inhibe la production d’ARN un peu plus tard (rétrocontrôle).

Cette inhibition rétroactive est rendue possible grâce à une autre protéine ; chez la drosophile, il s’agit de la protéine TIM qui favorise l’entrée de la protéine PER dans le noyau cellulaire, ce qui est la condition pour qu’elle puisse inhiber le gène per (57).

Il ne faut pas s’étonner, dans ces conditions, que l’on ait pu corréler certains rythmes biologiques avec la quantité d’ARN produite.

Chez l’algue Acetabularia, plus la quantité d’ARN produite est élevée, plus grande est l’amplitude du rythme circadien ; la rythmicité disparaît lorsque l’ARN disparaît (58).

Quels sont les organes auxquels sont déférées les fonctions d’horloges biologiques ? Aujourd’hui, on a tendance à croire à une multiplicité d’horloges ayant leur siège dans chaque cellule de l’organisme (59) et fonctionnant au sein d’un système très décentralisé mais hiérarchisé (60). Ceci dit, quelques organes particuliers jouent un rôle d’horloge biologique plus ou moins bien attesté :
-  le noyau supra-chiasmatique (NSC) (deux ensembles symétriques de neurones dans le cerveau, à la base du troisième ventricule, juste au-dessus du chiasma optique) ; chez les Mammifères et les Oiseaux, il répond à l’illumination de la rétine et à la stimulation du nerf optique. Sa destruction totale et bilatérale entraîne, chez le rat, la disparition des rythmes circadiens dans les domaines suivants : activité locomotrice, prise d’aliments, température centrale, sécrétions de mélatonine, de prolactine et d’ACTH ; réceptivité des neurones à l’acétylcholine, aux catécholamines, et aux morphiniques.
-  l’épiphyse (ou glande pinéale) : elle sécrète la mélatonine (voir plus loin), qui est en forte concentration la nuit ; elle est sous le contrôle du NSC chez les Vertébrés Supérieurs, mais pas chez le brochet, où elle dispose de ses propres photorécepteurs (61).
-  les glandes surrénales, qui sécrètent le cortisol (qui manifeste un pic de concentration de décembre à mars) (62).
-  les membranes cellulaires (rythme circadien du potassium intracellulaire), sensibles aux signaux chimiques (63).

Ces différentes horloges "oscillent" et peuvent faire interférer leurs rythmes. Plusieurs oscillateurs organisés en réseaux permettent de produire des rythmes ultradiens et circadiens ; il suffit qu’un des noeuds du réseau (une enzyme par exemple) ait une périodicité de 24 heures dans son activité pour que la résultante soit un rythme circadien (64).

Chez l’homme, il doit exister encore d’autres oscillateurs, y compris dans le néocortex. Le rythme veille-sommeil fait intervenir des formations neuronales du raphé, dans le tronc cérébral. Dans le néocortex s’effectuerait le traitement des synchroniseurs "culturels" : habitudes sociales, contraintes écologiques (65).

Pour des rythmes de très longue durée (passage de la jeunesse à la sénescence), on a invoqué, dans le génome, la possibilité de rupture de certaines liaisons plus fragiles que d’autres entre les bases de l’ADN ; or, les liaisons guanine-cytosine sont plus solides que les liaisons adénine-thymine ; la stabilité du gène, qui dépend de la solidité des liaisons entre bases de l’ADN, serait donc fonction du pourcentage des liaisons guanine-cytosine, qui augmente avec la complexité des espèces vivantes, mais qui peut aussi légèrement varier selon les individus d’une même espèce (66).

3) Rythmes circadiens et sphère locale

Les rythmes circadiens offrent pour l’astrologie l’intérêt particulier de mettre en valeur les propriétés de la sphère locale (alternance arc diurne-arc nocturne), mais aussi, par les variations du rapport jour/nuit dans l’année, d’offrir un début d’explication aux modifications de l’expression génétique au long du cycle zodiacal.

Les rythmes circadiens, chez les animaux supérieurs, sont corrélés à l’activité de l’épiphyse (glande pinéale) : elle sécrète de la sérotonine (beaucoup le jour et peu la nuit) et de la mélatonine (beaucoup la nuit et peu le jour). Chez certains vertébrés, l’épiphyse renferme une enzyme, la N-acétyltransférase, qui est abondante la nuit, joue un rôle dans la transformation de la sérotonine en N- acétylsérotonine ; celle-ci, sous l’action de l’enzyme HIOMT (hydroxyindole-O-méthyltransférase), est ensuite transformée en mélatonine. Or, l’activité de la N-acétyltransférase est soumise à une nette variation circadienne (et aussi l’HIOMT, dans une moindre mesure).

Mais, chez le poulet, l’obscurité ne peut déclencher l’activité de la N-acétyltransférase qu’à certains moments, déterminés par l’horloge interne (endogène) de l’oiseau, donc par son génome (67).

Peut-être pourrions-nous suggérer un modèle possible pour les valorisations des angles de la sphère locale ?

On constate que l’axe réputé le plus important en astrologie (AS-DS) met en valeur l’inversion du rapport de sécrétion de deux hormones, la sérotonine et la mélatonine, alors que l’axe MC-FC met en valeur surtout les concentrations maximales et minimales de l’une et de l’autre ; en d’autres termes, et en liaison avec ce qui a été dit plus haut, I’axe AS-DS met en valeur des changements radicaux dans l’expression du génome (activation/désactivation de la N-acétyltransférase), alors que l’axe MC-FC correspond aux conséquences extrêmes de ces changements dans les rapports de concentration hormonale : le génome pourrait très bien n’être plus photorégulé à ces moments du nycthémère, puisque les signaux essentiels ont eu lieu à l’interface arc diurne-arc nocturne.

Quant aux variations circannuelles, elles se déduisent aisément de ce qui précède. Si nous prenons un cercle dont le périmètre correspond à 24 heures, la variation rythmique de domination d’une hormone sur l’autre peut être aisément suggérée.

Les effets de la sérotonine et de la mélatonine étant différents sur nombre de récepteurs, la variation de la durée de l’information hormonale sur ces récepteurs peut induire des comportements différents.

Bien entendu, le rapport sérotonine/mélatonine ne varie qu’en fonction de la photopériode solaire. Pour les périodes des autres planètes, les processus pourraient être comparables, mais alors ils mettraient en jeu d’autres rapports hormonaux susceptibles d’engendrer des réponses métaboliques en rapport avec la longueur d’onde radiative perçue.

L’extrapolation du rythme circadien de la mélatonine à un rythme circannuel est observé dans la nature :

- chez les Mammifères, la mélatonine joue un rôle synchronisateur de l’activité sexuelle. En automne, la glande pinéale sécrète davantage de mélatonine (voir schéma ci-dessus), qui a une fonction antigonadotrope (ainsi, peut-être, que l’arginine et la vasotocine). C’est au printemps que les glandes sont réactivées (baisse de sécrétion de la mélatonine).

Toutefois, nous ne devons pas perdre de vue que la photopériode est un signal conditionnel et non pas absolu. Voici un exemple : les animaux possédant les glandes pinéales les plus développées (pinnipèdes, cervidés, manchots) vivent sous des latitudes élevées (fortes variations de la photopériode), alors que ceux où elles sont peu développées (édentés, pangolins), voire totalement absentes (crocodiliens) vivent sous des latitudes basses (0°-10°) (faibles variations de la photopériode) ; ceci est un indice du lien joué par la glande pinéale entre photopériode et activité reproductrice.

Mais, d’un autre côté, de nombreux mammifères de la zone équatoriale (très faibles variations de la photopériode) ont une glande pinéale bien développée et bien active, mais... en liaison avec d’autres facteurs de l’environnement : température, humidité, régime des pluies, nourriture, odeurs ... Chez les reptiles, il existe des relations étroites entre le fonctionnement de la glande pinéale et les variations thermiques externes, probablement parce que le génome les "considère" comme des signaux plus fiables que la photopériode (68).

De même, la sérotonine a une influence circannuelle : sécrétée en moins grande quantité en octobre-novembre (voir schéma été-hiver), elle incite alors à une consommation de glucides plus élevée, ce qui permet de constituer des réserves de lipides pour l’hiver. A l’inverse, la dopamine, sécrétée en plus grande quantité en février-mars, a une action lipolytique, engendrant un amaigrissement relatif l’été (69).

Les dépressions des saisons à jours courts, les troubles du sommeil, les troubles du fonctionnement corticosurrénalien, tous justiciables d’un traitement par photothérapie, ont été mis en rapport avec la désynchronisation des rythmes de la mélatonine par rapport à l’environnement extérieur (70).

Ici, les directions de recherche sont celles de la science des rythmes biologiques :

"Comment l’animal perçoit-il et analyse-t-il les variations annuelles de l’information photopériodique ou thermopériodique ? Les rythmes circadiens sont-ils l’unité fonctionnelle du cycle annuel ? Quelles structures gèrent les couplages entre les informations appartenant au programme interne et celles en provenance de l’environnement ? Comment s’effectue la transformation en une réponse complexe ?" (71). SUITE

Notes

Abréviations utilisées dans les présentes notes :

- EA = Grande Encyclopédie Alpha des Sciences et des Techniques, éd. Grange Batelière,1974.
- NC = référence non connue
- PS = revue Pour la Science
- R = revue La Recherche
- SV = revue Science et Vie

- (51) JEAN BOISSIN et LINE BOISSlN-AGASSE, "Le temps des amours animales ", in SV Hors série trimestriel n° 163 : Cycles et saisons, juin 1988, pp. 54-63.
- (52) BERNARD MILLET, "Le dialogue des plantes et des saisons", in SV Hors série trimestriel n° 163 : Cycles et saisons, juin 1988, p. 25.
- (53) ELENA SIGMAN, "Quand l’humeur change avec les saisons", in SV, Hors série trimestriel n° 163 : Cycles et saisons, juin 1988, pp. 124-129.
- (54) JEAN BOISSIN et LINE BOISSlN-AGASSE, article cité.
- (55) BERNARD MILLET, article cité.
- (56) THERESE VANDEN DRIESSCHE, "Les rythmes circadiens, mécanisme de régulation cellulaire", in R, n° 10, mars 1971.
- (57) CATHERINE JOUNEAUX, "Ces gènes qui rythment nos jours", in R, n° 269, octobre 1994.
- (58) THERESE VANDEN DRlESSCHE, article cité.
- (59) Cette hypothèse est bien "plutonienne" en ce sens qu’elle inviterait à reconnaître une spécification du "temps" vécu de chaque cellule, par opposition à l’unification hiérarchisée des processus, nécessaire à la survie de l’organisme.
- (60) PHlLlPPE TESTAR-VAlLLANT, "Maux de novembre et maux d’avril", in SV, Hors série trimestriel n° 163 : Cycles et saisons, juin 1988, p. 125.
- (61) ALAlN REINBERG, Les rythmes biologiques, Que sais-je ?, éd. Presses Universitaires de France, 1989, p. 80.
- (62) PHILIPPE TESTARD-VAlLLANT, article cité.
- (63) ALAlN RElNBERG, op.cit., p. 81.
- (64) ALAIN REINBERG, op.cit., p. 80, et THERESE VANDEN DRlESSCHE, article cité.
- (65) ALAIN RElNBERG, op.cit., p. 60-62.
- (66) L.GEDDA et G.BRENCI, cités par YVES CHRISTEN, La chronogénétique, in R, n° 55, avril 1975.
- (67) SUE BINKLEY, "Une enzyme epiphysaire qui mémorise le temps", in PS, NC.
- (68) BERTHE VIVIEN-ROELS, in R, n° 113, juillet-août 1980.
- (69) ALBERT-FRANCOIS CREFF, "Les variations annuelles du comportement alimentaire", in SV, Hors série trimestriel n° 163 : Cycles et saisons, p. 88-93.
- (70) JEAN BOISSIN et LlNE BOISSIN-AGASSE, article cité, et ELENA SIGMAN, article cité.
- (71) JACQUELlNE GAVAUD, "Les calendriers des animaux", in SV, Hors série trimestriel n° 163 : Cycles et saisons, juin 1988, p. 51.

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Cet article vous a été proposé par : Jean-Paul Citron



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