Guinguette Marais Poitevin

Nous voulons vous parler de la respiration – quelque chose que vous faites tout le temps (si ce n’est pas le cas, nous n’avons aucune idée de comment vous lisez ceci.) La respiration, bien sûr, se produit simplement. Vous n’avez pas besoin d’y penser. Mais si vous y pensez, vous découvrirez qu’il existe un grand nombre d’animaux sur cette planète, des animaux que vous connaissez bien, des animaux qui bourdonnent, mordent et rampent au vu et au su de tous, qui non seulement ne respirent pas comme nous, mais le font de manière si différente que nous n’avons toujours pas compris ce qu’ils font. C’est donc notre sujet : les mystérieux respirateurs. Nous allons commencer par le familier – par vous. Jetez un coup d’œil à ce diagramme pulsé de « comment on respire », créé par la merveilleuse illustratrice Eleanor Lutz.

Comme vous pouvez le voir, lorsque nous, les humains, inspirons, nous abaissons ce muscle juste en dessous de nos poumons – c’est notre diaphragme. Quand il tire vers le bas, l’air est aspiré ; quand il pousse vers le haut, l’air est expulsé. Donc, en fait, nous avons une pompe là-dedans, qui fait entrer de l’oxygène dans notre corps, et rejette du dioxyde de carbone.

Mais si vous êtes un oiseau ? Les oiseaux, (on ne le savait pas), font ça différemment.

Ils n’ont pas de diaphragme, au lieu de cela ils pompent l’air en gonflant et dégonflant des poches appelées sacs aériens, et cela crée la succion dont ils ont besoin pour aspirer l’air dans leurs poumons.

Mais maintenant, examinons une sauterelle. Remarquez-vous quelque chose d’inhabituel ?

Oui, elle a des sacs d’air pour l’aider à respirer, mais remarquez qu’elle n’utilise pas sa bouche, son nez (ou ses oreilles ou son anus) pour faire entrer ou sortir l’air. Il n’a pas de trous de respiration évidents. Comment est-ce possible ? Où l’air entre-t-il ?

Eh bien, voici la réponse bizarre : Une sauterelle, il s’avère, respire avec tout son corps. Eleanor l’illustre dans son graphique en faisant rougir toute la sauterelle en jaune. Et il n’y a pas que les sauterelles dont on parle.

Les insectes (c’est-à-dire la majorité des animaux sur Terre) n’ont pas de poumons. En un sens, ils sont des poumons. On pourrait penser que chaque insecte est un poumon qui marche, qui vole, qui sautille.

Voici comment cela fonctionne. Si vous prenez une loupe et que vous inspectez la surface d’un insecte, n’importe quel insecte, vous constaterez que leur extérieur est percé de petits trous appelés spiracles. Prenez cette chenille, par exemple.

Vous voyez ces petits ovales orange le long de son milieu, qui ressemblent un peu à des yeux ? Allons nous approcher de l’un d’entre eux.

Et plus près encore…

C’est en fait une sorte de valve à air, appelée spiracle. La chenille peut ouvrir ou fermer cette valve, selon qu’elle veut faire entrer ou sortir de l’air. Si vous aviez une vision à rayons X, ou un couteau de dissection (ou si vous aviez la chance de tomber sur cette chenille transparente totalement transparente), vous découvririez que ces trous s’ouvrent sur un réseau labyrinthique de tubes appelés trachées qui se prolongent dans le corps de l’insecte.

L’oxygène entre par ces spiracles (vous pouvez voir les ouvertures – cette ligne de points lumineux qui ressemblent à des arrêts de métro sur toute la longueur de la chenille), puis dérive dans un labyrinthe de tubes qui se ramifient en tubes de plus en plus petits, jusqu’à ce qu’enfin, aux minuscules extrémités, l’oxygène atteigne la fin de son voyage de ramification, arrivant aux cellules des insectes.

A l’inverse, notre corps possède un système circulatoire qui pompe le sang pour faire passer l’oxygène de nos poumons à nos cellules. Mais chez les insectes, il n’y a pas de sang impliqué dans le voyage de l’oxygène. Au lieu de cela, l’oxygène flotte tout le long du chemin, jusqu’au seuil des cellules.

Pour ventiler leurs entrailles, les plus gros insectes doivent inspirer et expirer activement, en pulsant leurs muscles abdominaux, comme vous le voyez ici.

Respiration des insectes (Image : Eleanor Lutz ; utilisée avec autorisation)

Mais les insectes plus petits bougent à peine. Ils respirent d’une manière plus paresseuse. Au lieu de faire pulser leur corps, ils ouvrent simplement leurs pores et restent là, comme on ouvre les fenêtres d’un salon. Puis ils attendent que l’air… s’infiltre.

Attendez une seconde !

Nous sommes en train d’écrire un essai sur la respiration. On a l’impression que respirer devrait être un acte physique, quelque chose que votre corps fait, pas juste ouvrir un trou du corps et penser « entrez ». Ça ne peut pas être aussi passif.

De plus, dit Aatish (c’est celui d’entre nous qui a un doctorat en physique), si vous connaissez un peu la physique de l’air, vous avez de bonnes raisons de trouver ce style de respiration en dérive – il suffit d’ouvrir vos pores et de laisser entrer l’air – plus qu’un peu déroutant. C’est pourquoi nous devrions avoir…

Aatish : OK, Robert, je veux que vous fermiez les yeux.
Robert : Pourquoi ?
Aatish : Faites simplement ceci.
Robert : Ok. Ils sont fermés.
Aatish : Maintenant, je veux que vous imaginiez l’oxygène flottant dans l’air autour de vous.
Robert : Ok…
Aatish : …et dites-moi ce que vous imaginez.
Robert : Eh bien…
Robert : Je vois une molécule. Deux petits O liés ensemble, et ils tournent en vrille, comme de la fenêtre à mon cou, et puis… je ne sais pas… ils rebondissent sur mon cou et ricochent de moi à… à vous, à votre oreille.

Aatish : Ah.
Robert : Ah, quoi ?
Aatish : Donc, vous imaginez des molécules d’oxygène filant dans l’espace, rebondissant sur les murs, et de temps en temps, elles pourraient entrer en collision non seulement avec mon oreille, mais avec d’autres molécules dans l’air.
Robert : Oui, c’est ce que je pensais…
Aatish : Eh bien, non.
Robert : Non ?
Aatish : La réalité est totalement différente. Si nous agrandissions l’air qui vous entoure en ce moment, ce que vous trouveriez, c’est…

…un espace immensément bondé. L’air est tellement encombré de molécules que notre pauvre molécule d’oxygène peut à peine bouger. Chaque fois qu’elle essaie de se déplacer, elle heurte une voisine, rebondit aléatoirement vers l’arrière ou l’avant ou vers le haut ou le bas, puis heurte une autre voisine. Pouvez-vous deviner combien de collisions une molécule d’oxygène effectue en une seconde ? Juste une seconde ?
Robert : Je n’en ai aucune idée.
Aatish : Vos yeux sont toujours fermés ?
Robert : Oui.
Aatish : 6 milliards.
Robert : Quoi ?
Aatish : Oui ! Plus de six milliards de bing-bangs avec les voisins. C’est tellement de collisions qu’une molécule d’oxygène flottant librement n’arrive pratiquement nulle part. J’ai lu qu’une molécule d’oxygène ne peut parcourir que 80 nanomètres – soit 8 millionièmes de centimètre (3 millionièmes de pouce) – avant de se heurter à une autre molécule et de partir dans une direction totalement aléatoire.
Robert : Donc… ?
Aatish : Donc l’air n’est pas un espace vide. C’est plutôt le contraire. Au niveau moléculaire, c’est plus comme un smoothie épais. Et tout comme vous avez besoin d’une succion pour aspirer votre boisson, le bon sens dit que vous ne pouvez pas simplement attendre que l’oxygène dérive – vous devez l’attirer.

Si c’est le cas, alors comment ces petits gars respirent-ils ?

Nous savons qu’ils le font…

Fourmis, moustiques, coléoptères peuvent respirer sans aspirer, tirer ou saisir l’air. Mais comment font-ils pour respirer sans faire pulser leur corps ?

« La question que vous posez me trouble grandement », déclare Jon Harrison, un scientifique qui a passé des années à rechercher comment les insectes respirent et se développent.

La vérité, c’est que nous n’avons pas tout à fait trouvé la solution. Harrison et ses collègues essaient encore de comprendre dans quelle mesure les insectes respirent par dérive d’oxygène (respiration passive) et dans quelle mesure ils pulsent sur leurs flancs (comme une sauterelle).

Jon pense que tous les insectes peuvent respirer passivement s’ils en ont absolument besoin ; il affirme que la plupart des insectes peuvent rester totalement sans oxygène pendant des heures sans mourir. Il a vu des animaux passer de l’état actif à l’état silencieux, puis à ce qui semble totalement mort, avant de rebondir miraculeusement.

C’est le cas de la sauterelle.