Horloge biologique

Tous les organismes vivants ont évolué en réponse aux différents cycles auxquels ils ont été soumis par l'environnement. Mis à part les organismes vivant dans les grandes profondeurs marines ou ceux vivant dans des grottes à l'obscurité complète, tous ont été exposés, durant l'évolution et leur développement à l'alternance jour-nuit de 24 heures.
Certains organismes ont développé des mécanismes leur permettant de s'adapter aux variations cycliques de la lumière de la température, de l'humidité, et sans doute de bien d'autres choses encore. Il n'est donc pas étonnant que les rythmes biologiques s'observent chez tous les organismes vivants.
Les rythmes biologiques sont classés en trois grandes catégories selon leur période. Ils sont dits circadiens ou nycthéméraux lorsque leur période est d'environ 24 heures, ultradiens lorsque leur période est de moins de 24 heures et infradiens quand leur période est de plus de 24 heures. Les rythmes les mieux connus sont les rythmes de 24 heures. Ils sont observés chez la plupart des espèces étudiées, depuis les bactéries, les champignons, les plantes, jusqu'à l'homme.
Ils découlent naturellement de l'alternance lumière-obscurité, conséquence de la rotation de la terre autour de son axe.
Les rythmes de 24 heures sont dits circadiens (du latin circa « proche de » et dies "jour") lorsqu'ils sont générés par l'horloge biologique interne de l'organisme. Ils persistent en l'absence de variations rythmiques de l'environnement (température, lumière, etc.). Lorsqu'ils ne sont qu'une réponse à l'environnement (par exemple aux changements de température), on parle plutôt de rythmes diurnes ou nycthéméraux.

L'horloge biologique interne

Même si les rythmes biologiques sont décrits depuis l'antiquité, leur origine a pendant longtemps été attribué uniquement à l'environnement. Il faut attendre une expérience conduite au XVIII° siècle pour montrer l'existence d'une horloge biologique interne. A cette époque, Jean-Jacques Dortous de Mairan, physicien et mathématicien français, est intrigué par l'ouverture et la fermeture quotidienne des feuilles d'une espèce de mimosa, la sensitive (Mimosa pudica). Afin de tester si ce comportement est une simple réponse au soleil, il décide de placer la plante à l'obscurité constante. Il observe alors que le mouvement des feuilles persiste et garde son rythme de 24 heures en l'absence de soleil (et donc du cycle lumière-obscurité). Cette expérience est décrite devant l'Académie des sciences en 1729. Il s'agit de la première mise en évidence qu'un rythme biologique est généré par l'organisme lui-même (origine endogène) et n'est pas une réponse à l'environnement (exogène).
Il faudra attendre le milieu du XX° siècle pour que l'existence d'une horloge biologique endogène soit mise en évidence chez l'animal. En 1972, sa localisation précise est décrite chez les mammifères, au cœur du cerveau. Depuis, les progrès scientifiques ont été considérables. Il est maintenant évident que les horloges biologiques font partie intégrante de la vie de tous les organismes (bactéries, plantes, animaux). Leur présence et leur bon fonctionnement sont indispensables à la vie.

C. Gronfier. Le rôle et les effets physiologiques de la lumière : sommeil et horloge biologique dans le travail de nuit et posté. Archives des maladies professionnelles et de l'environnement. Juin 2009. Vol 70. N°3