PROPRIÉTÉS COSMIQUES ET BIOLOGIQUES DES BIO-ÉLÉMENTS PRINCIPAUX

Parmi les quatre-vingts éléments chimiques (ou davantage) qui ont été découverts jusqu'à présent, vingt-neuf au moins apparaissent dans les organismes vivants, soit invariablement, soit fréquemment, soit rarement, ainsi que le montre le tableau II (p. 48-49) des bioéléments. Qu'ils soient essentiels, qu'ils se présentent fréquemment ou rarement, chacun d'eux, comme nous le montrerons plus loin, a un rôle simple ou complexe dans le fonctionnement des organismes.

L'hydrogène, bio-élément dont le poids atomique est le plus faible, estcomposé d’atomes dont les électrons (électricité négative) ne représentent, d’après Rutherford (6), que 1/1800° de la masse atomique. Ces électrons (7) s’échappent de métaux frappés par la lumière ultra-violette et peuvent être libérés par toute une série d'actions. | L’hydrogène est présent dans tous les acides et la plupart des composés organiques. À masse égale, sa combustion dégage le maximum de chaleur (8).

Le cation (9) hydrogène constitue un facteur très important de

(5) Sur ces éléments et leur rôle, voir E. Lambling, Précis de biochimie, Masson, 2° éd., 1919, p. 79-91, p. 118, p. 530. (Note du traducteur.)

(6) RUTHERFORD (Sir Ernest), 1915, p. 113.

(7) Le mot électron est dérivé du mot grec }:xrp0v, ambre (résine fossile), comme les mots : électrique, électricite.

(8) HENDFRSON (Lawrence-J.), 1913, p. 218, 239, 245.

(9) On sait que l'ion est un atome chargé d'électricité, le cation d'électricité positive, l'anion d'électricité négative ; l'élec{tron est un corpuscule d'électricité négative libre. Sur les caractères chimiques du cation hydrogène, voir M. BoLzz, Cours de chimie, 2° éd., Dunod, 1920, p. 167. (Note du traducteur.)

la respiration animale et de la digestion stomacale (10).

I1 possède le pouvoir très actif de libérer l'oxygène de divers composés, par dissociation ou décomposition, et, par son affinité avecl'oxygène, forme l’eau (H°C), le principal constituant du protoplasme.

L'oxygène, comme l'hydrogène, possède des affinités qui font pénétrer dans l'organisme d'autres éléments nécessaires à ses fonctions multiples. Il constitue les deux tiers des tissus chez les animaux et la moitié de la croûte terrestre. Outre sa fonction de synthèse, son grand rôle est celui d’un oxydant, avec libération d'énergie.

Il circule constamment dansles tissus, est impliqué dans la plupart des dégagements de chaleur et intéresse la division et le développement cellulaires (11).

L’azote est, après l'hydrogène et l'oxygène, l'élément chimique le plus important dans lastructure de la matière vivante (12); en combinaison avec l'hy-

FiG. 4 — Vapeurs d'hydrogène dans l'atmosphère solaire.

L'hydrogeène, qui fournit de beaucoup la plus grande quantité de chaleur dans les oxydaltions (voir Tableau Il, p. 48-49)et figure en première ligne dans les éléments chimiques de la vre, existe invariablement à la surface de tous les astres incandescents caractéristiques, y compris le soleil. Les larges masses de ce 2az, qui s’élancent de toutes les parties du soleil et qui sont connues sous le nom de protubérances solaires, sont reproduites ici par la photographie d'une éclipse totale. La figure supérieure est un fort agrandissement d'une petite partie de la photographie inférieure. Le l’Observatoire du mont Wilson.

drogène, l'oxygène, le carbone et le soufre, il fournit aux animaux

(10) W.-J. G1Es.

(11) Lors (Jacques), 1906, p. 16.

(12) HENDERSON (Lawrence-J.), 1913, p. 241.

certains de leurs aliments organiques essentiels : les protéines. Il existait sur la terre primitive, non seulement dans l’atmosphère, mais aussi dans les gaz et les vapeurs émises par iles volcans. Combiné avec l'hydrogène, il forme divers radicaux qui jouent le rôle de bases (NH, dans les acides amines, NH° dans les composés ammoniacaux). Combiné à l'oxygène, il forme des

F1G. 5. — Petites flammes d'hydrogène entourant un groupe de taches solaires.

La structure tourbillonnaire apparaît très nettement. D'après HALE. De l'Observatoire du mont Wilson.

radicaux acides tels que NO' dans les nitrates. Il se combine au carbone dans les radicaux de forme — C=N, —C —NH°et —C— NH, dont la dernière est particulièrement importante dans la chimie du protoplasme (13). Ce bio-élément est l'élément essentiel de la plupart des explosifs ; par son manque d'’affinité et sa facilité à se dissocier, il confère aux molécules du protoplasme leur instabilité nécessaire. 11 joue ainsi un rôle important dans la physiologie des organismes les plus primitifs :les Bactéries nitrifiantes.

Le carbone existe sur la surface ou près de la surface des astres encours de refroidissement, les astres rouges (14). Il s'unit fortement

(13) GrEs (W.-J.).

(14) HENDERSON (Lawrencz-J.), 1913, p. 55.

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à l'oxygène, qu’il arrache aux éléments auxquels il est combiné. Son affinité pour l'hydrogène est plus faible. Aux températures les plus basses les composés du carbone sont remarquablement stables, mais ils ne résistent pas aux températures élevées. Suivant une remarque de Barell (15), un chimiste n’hésiterait pas à désigner a priori le carbone comme élément tout indiqué pour douer la substance organique de sa complexité de forme et de fonction; son élection dans la vie primitive des plantes n'a été aucunement fortuite. Le nombre des composés connus du carbone dépasse aujourd'hui 100 000, y compris les produits synthétiques; les composés de C, H, © se comptent par milliers et ceux de C et H par centaines (16). Le carbone est tellement prédominant dans la substance vivante que la biochimie est presque exclusivement la chimie des composés du carbone. Il est intéressant de remarquer que, dans l’évolution de la vie, ces corps organiques ont dû apparaître soudainement, par bonds ou mutations, puisqu'il n’y a pas de continuité entre un composé chimique et un autre.

Le phosphore est essentiel au noyau de la cellule (17), il est un constituant important du plasma germinatif nucléaire, la chromatine, qui est le siège de l’hérédité. Il entre amplement dans la structure des nerfs et du cerveau et, sous forme de phosphate de calcium et de magnésium, joue un rôle tout différent: celui d’élément constructeur du squelette chez les animaux. Les phosphates sont aussi un facteur important dans le maintien uniforme de l’alcalinité sanguine, qui régularise les réactions du sang.

Le soufre, en combinaison avec l'azote, l'oxygène, l'hydrogène et le carbone, est un constituant essentiel des protéines végétales et animales (18). Il apparaît spécialement dans la protéine épidermique, connue sous le nom de kératine, dont la résistance aux agents chimiques protège les tissus sous-jacents (19). Il est contenu dans une des substances de la bile (20), sous forme de sels qui en sont caractéristiques (21). Les sulfates sont, dans le foie, des agents

(15) BARELL (Joseph), lettre du 20 mars 1916.

(16) HENDERSON (Lawrence-J.), 1913, p. 193, 194.

. (17) Zbid., p. 241.

(18) Zbid., p. 242.

(19) PIRSSON (Louis-V.), et SCHUCHERT (Charles), 1915, p. 434.

(20) G1Es (W.-J.).

(21) L’acide taurocholique (CH‘NSO'), sous forme de taurocholates de soude (Mammifères) et de potasse (certains Poissons marins). (Note du traducteur.)

importants pour la destruction des poisons d'origine bactérienne, produits normalement par le gros intestin et absorbés par le foie.

Le potassium ‘est capable de séparer l'hydrogène et l'oxygène de l'eau ; il est le plus actif des métaux au point de vue biologique par suite de son électropositivité (22). Les sels de potassium ont une action importante de stimulation et d’inhibition et, par suite, ce régularisation sur les fonctions vitales ; ils sont essentiels dans les tissus des végétaux et des animaux; les plantes d’eau douce et les plantes marines en accumulent notamment de grandes quantités dans leurs tissus (23). Le potassium est utile à la vie par les composés complexes qu'il forme et dont il ne peut se dissocier à l’état. d'ion libre; il est ainsi l’une des pierres angulaires de la matière vivante (24).

Le magnésium vient au quatrième rang dans l’électro-affinité des éléments métalliques. Il est essentiel à la chlorophylle, la matière colorante verte des plantes, qui, en présence de la lumière solaire, est capable de dissocier l'oxygène du carbone dans l’anhydride carbonique et l'oxygène de l'hydrogène dans l’eau. On le trouve aussi dans le squelette de nombreux Invertébrés et dans les Algues coralliennes ; il joue un rôle important dans l’inhibition ou la restriction de nombreuses opérations biochimiques.

Le calcium vient au troisième rang. D'après Loeb (25), il est un agent important de stimulation (irritabilité) et d'inhibition dans les phénomènes de la vie. Il s’unit au carbone dans les carbonates et est contenu dans de nombreux squelettes d'animaux; par sédimentation, il forme une partie importante de la croûte terrestre. Dans les invertébrés, sauf certains Brachiopodes, les carbonates constituent un élément beaucoup plus important du squelette que les phosphates. Les calcaires ne forment qu'environ 5 p. 100 des roches sédimentaires ; les schistes et les grès sont beaucoup plus abondants.

Le fer est essentiel ala production de la chlorophylle (26), quoique, à la différence du magnésium, il n'y soit pas contenu. Il est présent dans tout protoplasme, et, chez les animaux supérieurs, dans

(22) Seuls le cæsium (et le rubidium) le dépassent à ce point de vue (F.-W. CLARKE).

(23) Loeg (Jacques), 1906, p. 94.

(24) bide T2.

(25) Zbid., p. 94.

(26) Sacns (Julius), 1882, p. 699.

l’oxyhémoglobine, qui sert de véhicule pour transporter l'oxygène des organes respiratoires dans les tissus (27).

Le sodium est moins important dans la nutrition des tissus des végétaux, mais possède des propriétés essentielles à la vie animale dans les mouvements dus aux contractions musculaires (28). Ses sels, comme ceux du calcium, jouent un rôle essentiel dans la régulation des phénomènes vivants par stimulation et inhibition (29).

F1G. 6. — Le soleil avec ses taches et des vapeurs de calcium.

Le calcium, élément essentiel de toutes les plantes et d2 tous les animaux, particulièrement abondant dans les os et les dents des Vertébrés, est aussi un élément constitutif de l'atmosphère solaire, comme le montrent ces deux photographies du soieil, qui reproduisent la méme vue et le méme groupe de taches. Celle de gauche, obtenue exclusivement par l'éclairement des raies de calcium au moyen du spectro-héliogsravhe (30), fait apparaitre, en outre, des nuages de vapeur de calcium, qui ne fisurent pas sur la photographie de droite. De l'Observatoire du mont Wilson.

L'iode, grâce à son électronégativité, intervient utilement, par son aptitude à s'unir à l'hydrogène, dans le fonctionnement des Algues brunes et de beaucoup d'autres organismes marins. Il est aussi un élément constitutif de la glande thyroïde chez les Vertébrés (31). La concentration de l'iode dans les Crinoïdes (Échinodermes fixés au sol par des pédoncules calcaires) est très variable, suivant les régions de l'océan où ces organismes ont été recueillis, et dépend de la température et de la concentration de l’iode dans l’eau de mer. L'iode et le brome sont des constituants importants des axes des Gorgones. . (27) HENDERSON (Lawrence-J.), 1913, p. 241.

(28) LoEB (Jacques), 1906, p. 79.

(29) Zbid., p. 94, 95.

(30) Appareil imaginé par le professeur George-E. Hale pour prendre des photogra-

phies du soleil avec la lumière d'une seule raie du spectre (calcium, hydrogène, el}, (31) HENDERSON (L'awrence-J.), 1913, p. 242,

Le chlore, comme l’iode, métalloïde formant des ions négatifs, est abondant dans les Algues marines et présent dans beaucoup d'autres plantes. On le trouve dans le san£ et la lymphe des animaux. Uni à l'hydrogène dans l'acide chlorhydrique, il possède d'importantes fonctions dans la digestion stomacale des protéines (32).

Le baryum est rare dans les végétaux; Loeb l'a utilisé dans ses expérimentations sur les animaux et montré que ses sels produisent des mouvements péristaltiques musculaires et accélèrent les sécrétions des reins (33).

Le cuivre possède une forte conductivité électrique. Chez les Invertébrés, sous forme d’hémocyanine, il agit comme véhicule de l'oxygène circulant dans les fluides des tissus (34). Il est toujours présent dans certains Mollusques, tels que les Huîtres, et aussi dans le plumage d’un Certain oiseau : le T'uraco. Quoique rare comme bio-élément, il a une action toxique de premier ordre sur les Champignons, les Algues et, en général, sur toutes les plantes; onle trouve cependant à l’occasion dans les tissus des arbres, qui poussent sur des terrains contenant des minerais de cuivre (35).

En général, la plupart des composés métalliques et plusieurs composés non métalliques sont toxiques et destructeurs de la vie, lorsqu'ils s'y trouvent en abondance. Tous les éléments minéraux de masse atomique élevée sont toxiques en quantité relativement faible, alors que les bio-éléments essentiels, possédant une masse atomique peu élevée, ne sont toxiques qu’en quantité relativement grande. La toxicité dépend dans une large mesure de la libération des ions; les composés organiques, qui ne sont ni ionisés ni ionisables, — tels que l’hémoglobine qui contient du fer non ionisable, — sont complètement atoxiques.