Perte d'eau

Qu'est-ce que la perte d'eau ?

L'eau est perdue par les ouvertures du corps de l'organisme.

Perte d'eau par rapport au rapport surface/volume

Lerapport entre la surface et le volume (SA : Vol) joue un rôle essentiel dans la perte d'eau. Prenons l'exemple de la figure 1. Les deux formes ont le même volume (100 m³) ; cependant, le rapport est plus élevé dans la première forme en raison de sa plus grande surface. Par conséquent, la première forme aura un rapport SA : Vol plus élevé. C'est une bonne chose pour les organismes unicellulaires et les structures spécialisées des organismes multicellulaires.

Dans les échanges de gaz et de nutriments, une grande surface est bénéfique. Cependant, les dangers d'une grande surface - tu l'as deviné, plus de perte d'eau ! Dans le cas de la figure 1, la perte d'eau sera plus importante dans la première forme. Les organismes doivent trouver un équilibre entre les échanges de gaz et de nutriments, la perte d'eau et d'autres besoins.

Fig. 1 - Comparaison SA:Vol entre les deux formes

Perte d'eau chez les insectes

En dehors du canal alimentaire (de la bouche à l'anus), il existe trois façons pour un insecte de perdre de l'eau. Il s'agit de :

1. Par la paroi du corps.
2. Par le système spiraculaire (ouvertures dans l'exosquelette).
3. Perte partielle par (1) et (2).

Adaptations pour limiter la perte d'eau chez les insectes

Les insectes ont développé des adaptations pour limiter la perte d'eau, notamment l'exosquelette imperméable, les spiracles et les petites SA : Vol.

Petit SA : Vol

Les insectes plus petits, comme une mouche, auront un rapport SA : Vol plus important et perdront plus d'eau qu'une sauterelle. Cependant, un petit rapport SA : Vol causerait également des problèmes pour l'échange de gaz. C'est pourquoi les insectes ont un système de trachées pour faciliter l'échange de gaz. Le fait d'avoir une plus grande surface réduira la perte d'eau.

Exosquelette

Le corps d'un insecte est recouvert d'une cuticule composée de chitine. La surface externe(épicuticule) qui recouvre le corps de l'insecte est cireuse et résistante à l'eau. Elle ne contient pas de chitine. La cuticule (on peut aussi parler d'exosquelette) est imperméable et empêche l'eau de s'évaporer (figure 1b)). Cela permet d'éviter la déshydratation. Bien sûr, si elle était totalement imperméable, les échanges gazeux ne pourraient pas avoir lieu et c'est pourquoi le système trachéal est doté de spiracles.

Spiracles

Les spiracles sont de petites ouvertures dans les trachées à la surface du corps. On les trouve généralement autour de la région abdominale (figure 1a)). Les échanges gazeux se font au niveau des spiracles. Lorsque les spiracles sont ouverts, une perte d'eau se produit. Pour limiter ce phénomène, lorsque l'insecte est au repos, les spiracles restent fermés. Lorsque l'insecte est au repos, le besoin en oxygène est réduit en raison d'une respiration plus faible. Les spiracles contiennent des valves pour s'ouvrir et se fermer.

Les spiracles sont encore plus adaptés pour réduire la perte d'eau en contenant des poils à l'intérieur. Les poils peuvent retenir une partie de l'eau, ce qui maintient l'humidité. Cela réduit la perte d'eau. La prévention de la perte d'eau permet également de s'assurer que les surfaces d'échange de gaz restent humides.

Fig. 2 - A) Système trachéal d'un insecte. B) Exosquelette d'un arthropode

Perte d'eau dans les plantes

Les plantes possèdent deux systèmes de transport - le xylème et le phloème. Nous nous concentrerons sur le xylème, qui est responsable du transport de l'eau et des minéraux inorganiques des racines vers les parties de la plante situées au-dessus du sol.

L'eau est perdue par transpiration. La transpiration à travers les stomates dans l'air est le moteur du mouvement de l'eau. La transpiration réduit le potentiel de l'eau dans les feuilles et, par conséquent, dans la plante. Cela permet à l'eau de se déplacer des racines vers le haut de la plante.

Fig. 3 - Vue d'ensemble du mouvement de l'eau dans la plante

Limiter les pertes d'eau dans les plantes

Contrairement aux insectes, les plantes ont un rapport surface/volume important. C'est une nécessité car les plantes ont besoin d'un rapport important pour la photosynthèse. La grande surface des feuilles est nécessaire pour capter l'énergie solaire et faciliter l'échange d'oxygène et de dioxyde de carbone.

Les principaux moyens utilisés par les plantes vasculaires (plantes bien développées) pour limiter la perte d'eau sont la cuticule, les poils des feuilles, les stomates et les relations mutualistes entre les micro-organismes. La cuticule est cireuse et hydrophobe, ce qui permet à l'eau de rester "enfermée" dans la plante. Comme les spiracles des insectes, les stomates peuvent être ouverts et fermés. Au lieu de valves, comme dans les spiracles, les stomates ont des cellules de garde. Les cellules de garde peuvent augmenter (moins de perte d'eau et moins d'échange de gaz) ou diminuer de taille (plus de perte d'eau et plus d'échange de gaz).

Lesmicro-organismes mutualistes aident les racines de la plante à rester humides en échange des sucres de la plante.

Xérophytes

Les xérophytes sont des plantes qui se sont adaptées pour vivre dans des environnements très secs. Elles ont développé des adaptations pour limiter la perte d'eau afin d'éviter la dessiccation dans ces environnements difficiles (par exemple les dunes).

Réduction de la surface

Des feuilles plus petites correspondent à une plus petite surface de perte d'eau. Les feuilles petites et circulaires, comme les aiguilles de pin, réduisent considérablement l'évaporation de l'eau.

Cuticule épaisse

Bien que toutes les plantes aient une cuticule cireuse, l'eau peut tout de même s'échapper. Plus la cuticule est épaisse, moins la perte d'eau peut se produire. Les aiguilles de pin ont une cuticule cireuse épaisse.

Feuilles enroulées

Les plantes qui n'ont pas de feuilles en forme d'aiguilles enroulent leurs feuilles. Les stomates des feuilles sont présents dans l'épiderme inférieur. L'enroulement des feuilles va piéger la vapeur d'eau et, à son tour, va créer un potentiel hydrique élevé (forte concentration de molécules d'eau libres). Le potentiel hydrique entre l'extérieur et l'intérieur de la feuille devient égal (pas de gradient de potentiel). Il n'y a donc pas de perte d'eau. Les plantes telles que l'ammophile intègrent cette adaptation.

Feuilles poilues et stomates dans les creux et les rainures

Les stomates situés dans des fosses et entourés de poils réduisent la transpiration. Une épaisse couche de poils à la surface des feuilles et à l'intérieur des cavités retient l'humidité. Il y aura une réduction du gradient de potentiel hydrique pour perdre moins d'eau, par exemple, la plante de bruyère (feuilles poilues) et le pin (stomates à fosses).

Physiologie du métabolisme des acides crassulacés (CAM)

Le CAM est une voie de fixation du carbone qui a évolué comme une adaptation chez certains xérophytes pour réduire la perte d'eau. La plante réalise la photosynthèse pendant la journée et n'échange des gaz que pendant la nuit.

Les halophytes

Nous aborderons également brièvement les halophytes. Les halophytes sont des plantes qui se sont adaptées pour pousser dans des conditions salines, comme dans les marais. Les halophytes :

• Modifient leur calendrier de floraison et ne fleurissent que pendant la saison des pluies pour minimiser l'exposition au sel.
• Excréter le sel - les halophytes excrètent le sel par certaines parties, comme la tige. Elles peuvent contenir des glandes salines qui se sont adaptées pour se débarrasser activement du sel à l'intérieur de la plante.
• Adaptation des racines - chez certaines halophytes, les racines sont adaptées pour exclure environ 95 % du sel du sol.
• Positionnement des tissus - certaines plantes concentrent le sel dans des feuilles particulières. Le sel tombe alors de la feuille (abscission).
• Séquestration cellulaire - les halophytes peuvent isoler les sels à l'intérieur de leurs parois cellulaires et de leurs vacuoles.

Fig. 4 - Comparaison entre les xérophytes et les halophytes

Perte d'eau chez l'homme

Nous perdons de l'eau par la respiration, la peau, les selles, l'urine et la sueur. En moyenne, le corps humain absorbe environ 2,5 litres d'eau par jour et en perd autant. Si tu es déshydraté, ton corps te "dira" que tu as soif et que tu dois boire de l'eau (figure 5). Tu as probablement aussi remarqué que ton urine est plus concentrée lorsque tu bois moins d'eau. C'est aussi un bon indicateur que tu as besoin de boire de l'eau rapidement !

Contrairement aux insectes et aux plantes, nous n'avons pas de cuticule cireuse pour piéger la vapeur d'eau ou diminuer la perte d'eau par évaporation. Lorsqu'il fait chaud, le corps transpire pour se rafraîchir. Nous expirons également de la vapeur d'eau et ne pouvons pas modifier la quantité d'eau que nous perdons.

Les reins vont réguler la quantité d'eau et d'ions éliminés du corps. C'est ce qu'on appelle l'osmorégulation. Les osmorécepteurs qui modulent l'osmolalité (nombre de particules dissoutes dans le liquide) se trouvent dans l'hypothalamus du cerveau. L'hypophyse, rattachée à l'hypothalamus, va contrôler l'eau présente dans le sang et la quantité d'urine produite par les reins en libérant des hormones.

Fig. 5. Vue d'ensemble de la réponse à la soif chez l'homme.