Dormance Hivernale

Introduction

Concernant l'hibernation des ours un débat entre scientifiques est mené. Sachant que l'ours à un mode d'hibernation très spécifique, les scientifiques parlent plutôt d'hivernation mais le terme le plus adapté est celui de dormance hivernale ou encore de sommeil hivernal. En effet, contrairement aux autres hibernants, il ne se réveille pas (sauf en cas de bruit inquiétant), ni n'urine ou ne défèque pas.

Il y a plusieurs facteurs qui incitent l'ours à se retirer pour l'hiver, se sont surtout des facteurs environnementaux tels que le racourcissement des jour et aussi les premières neiges. Toutefois les femelles hivernent plus tôt et tapissent leur tanière de feuilles et de fougères pour un plus grand confort et une meilleure isolation car elles mettront bas en janvier (au plus fort de l'hiver).

Pendant cette période, les ours réduisent leur déplacements puis choisissent un site pour leur tanière. Cette période peut durer de 3 à 17 jours. Leurs tanières, qu'elle soient caverne ou terrier ont toutes de caractéristiques communes: leur dimensions sont restreintes et leur site est difficile d'accès. Les dimensions de l'abri sont choisies de telle sorte que, une fois obstruée par la neige la température du corps de l'animal reste constante vu que le volume à réchauffer est restreint. La difficulté d'accès du site favorise la tranquilité de l'animal. Les ours rentrent dans leur tanière quand la température extérieure approche de 0°C. Pour savoir la date d'entrée et de sortie de chaque ours de leur tanière, deux formules ont été mises en place. Certains ours rentrent et sortent plusieurs fois de leur tanière avant l'hivernation. Après de nombreuses années de recherche des scientifiques ont admis que les ours entrent dans leur tanière du mois d'octobre à celui de novembre avec la date médiane qui se situe au 30 octobre. La date de sortie de tanière se situe entre le 21 mars au 6 mai avec la date médiane du 6 avril. Chaque entrée et sortie de tanière peut être expliquée avec la température extérieure qui varie en fonction des années. Lorsqu'un hiver est plus chaud, l'entrée en tanière est plus tardive et l'hivernation est donc plus courte. On peut constater que pendant l'hiver 2010-2011 les ours ont hiverné en moyenne 175.3 jours avec un écart type de 22.4 jours et pendant l'hiver 2011-2012 ils ont hiverné en moyenne 151.2 jours avec un écart type de 15.3 jours.

Les schémas ci-dessous représentent en A la courbe de variation de température extérieure, en B la courbe de variation de température interne de l'ours, en C la courbe de variation du rythme cardiaque et en D la courbe représentant ses niveaux d'activités.

La courbe A et la coube B sont exprimée en température (en °C) en fonction de la date. La coube C est exprimée en battements par minutes en fonction de la date. La courbe D est exprimée en unité d'activité (UA) en fonction de la date. La date est exprimée tous six mois. L'expérience a été menée sur 14 ours brun à l'état sauvage (en liberté) dans le centre de la Suède. Les résultats ont été collectés pendant trois ans.

Les barres vertes verticales représentent les périodes d'entrée et de sortie des ours dans leur tanière. Les courbes représentent la moyenne des valeurs et les traits gris places à proximité de la courbe représent l'étendue des valeurs.

Préhibernation

Début de l'hivernation

Après la préhibernation, l'ours entre dans sa tanière et s'y pelotonne. En quelques jours, ses fonctions vitales se modifient, et dès le premier jour son métabolisme diminue fortement. La circulation sanguine se concentre vers le coeur, le cerveau et les poumons. Le rytme cardiaque s'abaisse et passe de 40 à 10 pulsions par minute. Sa consommation d'oxygène est beaucoup plus faible que la moyenne estivale et atteint jusqu'a moins de 25% de cette dernière. La température de son corps demeure stable car il est protégé par son épaisse couche de graisse et de fourrure.

Chez les petits animaux la diminution de température est très élevée et s'explique du fait que la température agit sur la vitesse des réactions chimiques. Plus les températures sont basses et plus les récations sont lentes, ce qui demande moins d'énergie à l'organisme. En principe, selon les lois de Van't Hoff et d'Arrhenius, quand la températue s'abaisse de 10°C, la vitesse des réactions enzymatiques est divisé par un facteur de l'ordre de 2,2 ou 2,3. Ces lois se ressemblent beaucoup. La relation de Van't Hoff est une équation thermodynamique reliant la variation de la constante d'équilibre (k) en fonction de la températute (T) d'une réaction chimique à l'énergie mise en jeu lors d'une réaction du type: enthalpie dans les cas isobares et énergie interne dans les cas isochores. La fonction enthalpie correspond à l'énergie totale d'un système thermodynamique, le processus isobare est une transformation chimique ou physique d'un système au cours de laquelle la pression du système est constante et uniforme. L’énergie interne d’un système thermodynamique est une fonction d'état extensive, associée à ce système et un processus isochore est une transformation chimique ou physique d'un système au cours de laquelle le volume du système est constant. Quand à la loi d'Arrhenius, elle permet de décrire la variation de la vitesse d'une réaction chimique en foction de la température. Ces lois s'appliquent aussi bien à un organisme entier qu'à une cellule et cela chez tous les animaux.

D'après ces lois, la baisse de température corporelle chez les ours n'explique qu'une diminution d'environ 35% de leur métabolisme de base. Les 40% restant s'expliquent grâce au phénomène de dépression métabolique beaucoup plus développé chez les ours, (ils sont prédominants) que chez les petits hibernants. La baisse de température n'est donc pas le seul phénomène capable de faire chuter le métabolisme. Certaines protéines mais aussi les ribosomes qui sont impliqués dans les réactions couteuse en énergie sont inactivés.

Gérer ses besoins

Pour son dernier repas, l'ours aura ingéré des feuillages grossiers et des branchages qui formeront un bouchon à l'entrée de son estomac. Ainsi son appareil digestif cesse de fonctionner et demeure vide durant l'hivernation. Il ne consomme aucune nourriture, aucun liquide et n'élimine aucun extréments. Cependant la substance vivante de ses cellules doit être constament régénérée, il puise donc tout ce qu'il a besion dans son propre corps grâce à son complexe unique de son espèce, le recyclage des graisses. De sa graisse il extrait l'eau et les calories nécéssaires au bon fonctionnement de son métabolisme. De ses muscles et autres tissus, il obtient toutes les protéines nécéssaires à son bien être. Toutefois il produit un déchet organique appelé l'urée. L'urée est une substance toxique de l'organisme fabriquée en majorité dans le foie mais aussi en faible partie dans les reins. L'urée constitue la majeure partie azotée de l'urine. Pour tous les autres animaux l'urée peut devenir mortelle si elle n'est pas excrétée. Mais l'ours en état d'hivernation bénéficie d'un foie et de rein particulier qui métabolisent ces déchets en les transformant en acide aminés. Aucun autre animal ne peut en faire autant.

Les acides aminés ainsi fabriqués se rassemblent pour former de nouvelles protéines qui sont redistribuées dans tout le corps et régénèrent les tissus musculaires utilisées comme nourriture. L'ours sastisfait donc tous ses besoins alimentaires, et ne rejette rien.

Par ailleurs, il conserve une ossature forte malgré son immobilité. Il suffit de quelques jours d'inactivité pour que les os manquent de calcium et de phosphore. Ils finissent ensuite par s'atrophier : il se fragilisent, cassent et se ressoudent mal. En état d'hivernation l'ours est le seul animal à demeurer immobile pendant six mois sans perdre un gramme de tissus osseux. Dans cet état d'immobilité, les os des autres espèces d'animaux perdent du calcium et du phosphore mais chez l'ours un système hormonal compense cette perte de minéraux en puisant ce qu'il faut dans le sang pour que les os puissent se regénérer.

Gérer ses petits

Pendant leur hivernation, les femmelles donnent naissances à 2 ou 3 oursons. La mère ours ne se réveille pas lorsqu'elle met au monde ses petits vers la fin janvier car elle est engourdie par son système qui fonctionne au ralenti. Elle change simplement et prudemment de position afin de pouvoir les protéger du froid. Les oursons arrivent au monde sourd et aveugle, sans poils (c'est donc leur mère qui les réchauffe) ni dents. Ils pèsent environ 250 grammes et leurs griffes sont prohéminentes (elles servent à s'agripper à la fourrure de leur mère pour se hisser jusqu'au mamelles). Ils téteront et dormiront pendant quatres mois avant de sortir au grand jour. A la sortie de leur tanière les oursons péseront au moins 10 kg. C'est donc pour la femelle ours le meilleur moment de donner naissance à ses petits. En effet si elle les avait eu pendant l'été elle aurait du se nourrir et nourrir ses petits ce qui peut être dangereux pour la femelle car cela engendrait un manque de réserve de graisse et peut même provoquer sa mort.

Particularités

L'hivernation de l'ours comporte de multiple particularités. En plus de celles vues et étudiées précédemment (tel que le phénomène de dépression métabolique) d'autres fonction de leur hivernation leur sont propres. C'est aussi pour cela que l'on ne peut qualifier l'hivernation de l'ours d'hibernatiion ou encore dire que l'ours n'est pas un hibernant dit "classique".

Une différence de cycles de torpeur et de réveil caractérise encore un fois la particularité de l'hivernation des ours et les différencient donc de celle des autres hibernants. En effet, les ours dorment 99% de leur temps mais une fois par jour à une fois tout les deux jours, l'ours se réveille quelques minutes, change de position, arrange son matelas constitués d'herdes et de feuillages puis se rendort. Leurs brefs réveils ne sont pas suivies d'une élévation de température. Celle ci évolue selon des cycles qui lui sont propres car ils durent de 1.6 à 7.3 jours en fonction de chaque idividu. Chez les autres hibernants, ils peuvent dormir profondément jusqu'a une à deusxsemaines puis connaissent quelques heures de réveil durant lesquelles il se réchauffe jusqu'à atteindre une température normale (de l'animal pendant la belle saison) de 36 ou 37°C. Ces réveils sont énergivores puisqu'ils représents environ 80% de la dépense énergétique totale en période d'hibernation chez les écureuils terrestres.

Une autre originalité de son hivernation, est la façon dont le rytme cardiaque évolue en fonction de sa respiration. A chasue inspiration la fréquence cardiaque s'accélère jusqu'à atteindre celle des périodes normales estivales soit environ 55 battement par minutes. Mais durant l'expiration, le coeur ralenti énormément jusqu'à atteindre une battement toutes les 8 à 20 secondes (ce qui fait entre 3 et 8 battements par minutes). Cette particularité à déja été observé pendant l'hibernation du hérisson mais d'une plus faible ampleur. En revanche, ces types de cycles respiratoires et cardiaque rappellent ceux de certains mammifères aquatiques tel que le dauphin, dont le coeur s'accélère à chaque inspiration en surface et ralenti une fois l'animal sous l'eau.

D'autre part, l'accouplement à lieu (pendant l'ovulation) au cours de l'été. Il produira des ovules fécondés dont le développement sera suspendu jusqu'a l'hivernation. Cela s'appelle le phénomène de gestation reportée. Les embryons qui sont, à ce stade à peine plus gros qu'un grain de sel flotteront dans les trompes de Fallope durant tout l'été sans grossir, tout en restant bien vivant. A la fin de l'automne, si la femelle est en bonne santé, grasse et prête à hiverner, les embryons s'implanteront dans l'utérus et la gestation s'amorcera. Toutefois si les conditions sont mauvaise, elle avortera spontanément. Ce mécanisme constitue une façon efficace de gérer une énergie limitée, cela préserve aussi la mère. Ainsi une femelle en bonne santé s'acouplera tous les deux ans et mettra au monde vingt à trente oursons tout au long de sa vie. Pourtant seulement dix d'entre eux survivront jusqu'a l'âge adulte.

Ci dessous un schéma représentant la vie de l'ours par période de 3 années :