RAPPORT

en soluUon dans 100 cm\ opposer à :

du nombre de

molécules

cm' de KCl 1/2 mol.

une concentration en NaCl mol.

des deux sels.

1/16 à i/iQ

^rci^

Si nous n'ajoutons pas assez de NaCl à la solution ^ 233 ^

de KCl, par exemple seulement i à lo molécules de NaCl pour i de KCl, la solution devient plus toxique que si elle ne contenait que ce dernier sel; si nous aioutons beaucoup plus que 17 molécules de NaCl, par exemple, 50 molécules pour I de KCl, la solution devient de nouveau toxique et d'autant plus qu'il y a plus de NaCl. Il en résulte que l'effet antagoniste exige un rapport déterminé entre les deux sels. Ceci nous explique pourquoi la toxicité d'une solution demi-moléculaire de NaCl ne peut généralement pas être compensée par l'addition de KCl seul, mais par l'addition simultanée de ce sel et de Cad".

Si nous ajoutons à une solution demi-moléculaire de NaCl assez de KCl pour obtenir entre leurs nombres de molécules le rapport KCl : NaCl = 1/17, nous trouvons que la toxicité ne devient pas nulle. Si en effet la quantité de KCl dans 100 centimètres cubes dépasse celle qui est contenue dans 2 cm%2 de solution demi-moléculaire, on peut bien dans une certaine mesure neutraliser l'effet de ce sel, mais cette neutralisation devient d'autant plus imparfaite que la concentration de KCl est plus élevée. C'est pour cela qu'une simple addition de KCl ne peut supprimer la toxicité de la solution demi-moléculaire de sel marin.

CaCP agit sur KCl comme NaCl, mais avec bien plus d'activité. Le coefficient d'antagonisme (rapport du nombre de molécules des deux sels) KCl, CaCl" est plusieurs centaines ou un millier de fois plus grand que celui qui correspond au couple de sels KCl, NaCl. C'est ce que montre le tableau suivant :

LE ROLE DES SELS

Tableau V

IL FAUT POUR LES RENDRE INOFFENSIFS en solution dans loo cm^, opposer à :

RAPPORT du nombre des

molécules des deux sels.

cm^ de KCl 1/2 mol.

une concentration en CaCi* i/ioo mol.

Les coefficients ne sont pas si réguliers que dans le cas de l'antagonisme entre KCl et NaCl. C'est la conséquence du fait que la très petite quantité de CaCl- qui suffit à compenser la toxicité du chlorure de potassium ne peut pas être aussi exactement déterminée que la quantité de sel marin correspondante. Pourquoi CaCl" se montre-t-il plus actif que NaCl? Nous ne pouvons répondre qu'au moyen d'une hypothèse faite d'abord par T. B. Robertson : d'après lui, CaCP agirait en formant un composé relativement insoluble (dans le cas présent sur les branchies et sur le reste de la surface de l'animal), tandis que NaCl agirait en formant un composé plus soluble. A l'appui de cette opinion, on a observé que le strontium a exactement sur le chlorure de potassium le même effet antagoniste que le chlorure de calcium, mais que le chlorure de magnésium est bien moins efficace. Cela correspondrait au fait

bien connu que nombre de sels de strontium sont tout aussi insolubles, sinon plus, que les sels de calcium, tandis que les sels de magnésium sont souvent incomparablement plus soiubies, par exemple dans le cas des sulfates. Le chlorure de baryum s'oppose à la toxicité du chlorure de potassium tout aussi puissamment; mais, probablement parce que les substances formées à la surface du corps ou des branchies diffusent lentement dans les cellules, les poissons ne restent pas aussi longtemps vivants si Ton se sert des sels de baryum que si l'on emploie les sels beaucoup moins toxiques de calcium ou de strontium.

11 est très remarquable que CaCl'' peut rendre inoffensive n'importe quelle concentration de KCl au-dessous de 6 cm', 6 d'une solution demimoléculaire dans loo centimètres cubes de solution, mais non au-dessus de cette limite. Cette limite est précisément celle que nous avons trouvée en opposant NaCl à KCl. Même en faisant agir simultanément NaCl et CaCl% on ne peut rendre inoffensive une solution qui contient plus que 6 cm%6 de solution demi-moléculaire de KCl par litre.

Si nous cherchons à rendre NaCl inoffensif par addition de KCl et de CaCP, nous trouvons que CaCl^ peut être opposé à une solution dont la concentration maxima est 6/8 à 7/8 moléculaire, I tandis que KCl ne montre plus d'effet antago-j niste au-dessus de la concentration 1/2 ou 5/8 1 moléculaire. !'

Les expériences faites avec des solutions pures ; de CaCl^ conduisent à ce résultat que cette subs-

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tance n'est pas toxique dans une solution où sa concentration est la même que dans l'eau de mer. Fundulus peut vivre indéfiniment dans une solution contenant pour loo centimètres cubes i cm%5 de solution demi moléculaire de ce se^. Les botanistes savent aussi que les solutions faibles de CaCl- sont relativement peu toxiques. Il en résulte l'impression que l'effet produit par CaCi" sur la membrane superficielle du protoplasme est particulièrement important pour la protection de celui-ci. Les expériences bien connues de LIerbst viennent appuyer indirectement cette opinion. Cet expérimentateur a trouvé que dans l'eau de mer privée de calcium, les cellule? formées par la segmentation d un œuf d'oursin se séparent par suite de la fragmentation ou de la dissolution de la membrane qui entoure 1 embrs^on et relie les cellules. Si 1 on reporte le^ œufs dans une solution contenant du calcium, la membrane se répare et les cellules se retrouvent en contact .étroit les unes avec les autres.

11 n'est donc pas impossible que le mécanisme de l'antagonisme entre KCl et NaCl soit semblable à celui qu'on a mis en évidence pour NaCl et ZnSO'. Il semble seulement que la concentration élevée de NaCl dans l'eau de mer et dans le sang soit ce qui rend nécessaire d'ajouter CaCP à KCl et à NaCl. Mais la question n'est pas aussi claire que dans le cas antérieurement étudié où l'antagonisme ne s'exerce qu'entre deux électroivtes.

Pour bien comprendre l'action préservatrice exercée par les sels sur la vie des êtres, il est nécessaire que nous ne nous bornions pas à tirer de ces expériences les conclusions qu'elles comportent, mais que nous nous attachions à voir directement de quelle manière des solutions anormales de sels amènent la mort des cellules. L'occasion nous en est offerte par Tobservation des œufs d'oursin. Si nous mettons des œufs fécondés d'oursin dans une solution anormale de sel, il se produit une destruction progressive des cellules. Cette destruction, qui d'ordinaire commence à la surface du protoplasme, consiste le plus souvent en une formation de petits granules ou gouttelettes qui se séparent. Le processus s'étend régulièrement de la périphérie au centre jusqu'à ce que l'œuf entier soit dégénéré. Dans différentes solutions salines, le tableau de la dégénérescence varie quelque peu ; il est même assez caractéristique d'une solution donnée pour qu'un observateur à qui ces apparences sont familières puisse dans une certaine mesure reconnaître la nature de la solution d'après la manière dont se produit la dégénérescence des cellules.

Un tel processus peut être observé lorsqu'on place les œufs, soit dans une solution pure de chlorure de sodium, soit dans un mélange de chlorures de sodium et de calcium ou encore de sodium et de potassium Mais si l'on mélange les trois sels dans les proportions avec lesquelles ils

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se trouvent dans l'eau de mer, il n')^ a pas de dégénérescence et la surface de l'œuf reste parfaitement unie et normale. Le protoplasme de l'œuf donne l'impression d'être enfermé dans une membrane continue de structure définie. Si on place l'œuf dans une solution anormale, cette membrane superficielle est modifiée, altérée, et l'altération est souvent suivie d'un processus de désintégration progressive du reste de la cellule.

Ces observations sur l'œuf d'oursin suggèrent donc la possibilité que l'action simultanée des trois sels en proportions déterminées a pour effet de former autour du protoplasme des cellules une membrane superficielle de structure ou de texture définie qui le protège des milieux ambiants et l'en sépare.

L'observation de Herbst mentionnée ci-dessus montre le rôle important du calcium dans ce processus.

On pourrait objecter que l'utilité de l'action simultanée des trois sels n'a été expérimentalement démontrée que sur des animaux marins ou sur des tissus d'animaux supérieurs que l'on dit « adaptés » à un mélange en proportions déterminées des trois chlorures. Des expériences faites avec les organismes d'eau douce, au sujet desquels on ne peut invoquer une telle « adaptation » à ces proportions déterminées des trois sels, montrent que l'objection n'est pas valable. Ostwald a expérimenté sur des crustacés d'eau douce qu'il a

placés dans des mélanges de sels variés. Il a trouvé que ces animaux vivent plus longtemps dans un mélange des trois chlorures de sodium, de potassium et de calcium que dans une solution du premier de ces sels, seul ou accompagné d'un des deux autres, solution ayant dans tous les cas la même pression osmotique.

Osterhout a vu que les spores de certaines variétés de Vaucheria meurent en dix à vingt minutes dans une solution de sel marin seulement, à 3/32 de concentration moléculaire normale, tandis qu'ils vivent deux à quatre semaines dans une telle solution à laquelle on ajoute pour 100 centimètres cubes, i centimètre cube d'une solution 3/32 moléculaire de CaCl% et six à huit semaines si au mélange qui vient d'être indiqué, on ajoute encore 2 cm^,2 de solution 3/32 moléculaire de KCl. La réaction de la solution était absolument neutre et le sel marin employé aussi pur qu'on peut l'obtenir. Les résultats restent les mêmes si l'on fait' recristalliser 6 fois ce dernier sel. En mettant en expérience des filaments de Spirogyra, on a obtenu des résultats semblables. Les solutions étaient toutes 3/32 moléculaires. Dans NaCl, la Spirogyre mourut en dix-huit heures, elle mourut en deux jours dans NaCl -4- KCl et vécut soixante-cinq jours dans le mélange des trois chlorures. Osterhout fit germer des «Trains de blé dans de semblables solutions et mesura la longueur totale des racines formées.

LE ROLE DES SELS

Longueur totale des racines Nature de la solution. après 40 jours.

Eau 740 mm.

100 cm^ de NaCl 3 25 moléc 5g —

100 cra^ de NaCl 3 25 mol. -f- 2,0 cm'^ CaCl^

100 cm^ de NaCl 3/25 mol. + 2,0 cm"^ CaCl^

3/25 mol. -\- 2,2 cm"^ KCl 3/25 moléc. . . . 324 —

Ces expériences auxquelles on pourrait en adjoindre beaucoup d'autres semblables, montrent que si le mélange en proportions déterminées des trois chlorures considérés a pour effet de conserver la vie, ce n'est pas que les organismes soient « adaptés » à ce mélange, c'est que celui-ci exerce sur les cellules une action protectrice spécifique.

Il semble donc que toutes les fois que les animaux ou les tissus exigent un milieu de pression osmotique relativement élevée, — comme nos propres tissus — leur vie dure plus longtemps dans le mélange des trois chlorures de Na, K et Ca, pris dans les proportions où ils se trouvent dans notre sang ou dans la mer, que dans toute autre solution isosmotique, y compris la solution pure de sel marin. Mais le lecteur a pu remarquer que la résistance des divers organismes aux solutions anormales est très différente. Tandis qu'un Gammarîùs marin meurt en une demiheure dans une solution isotonique de sel marin

OU de sucre, les globules rouges du sang et le muscle de grenouille peuvent vivre un jour et plus dans cette même solution (le muscle de grenouille, par exemple, vît même encore plus longtemps si la solution contient avec NaCl, KCl Oîi CaCP). D'où vient cette différence?

J'ai trouvé, il y a six ans, que les œufs 71071 fécondés d'un oursin [Strongylocentrotus piwpiiratus) peuvent rester plusieurs jours vivants, et en apparence intacts dans une solution pure neutre de CaCP ou de NaCl à la température de 15**, tandis que les œufs fécoTidés du même individu meurent en quelques heures dans une solution pure neutre de CaCl'. On a retrouvé cette même différence avec d'autres sels. Quelle en est la cause ? Plusieurs auteurs ont émis l'opinion que cette cause réside dans une perméabilité au^c sels plus grande pour les œufs fécondés que pour les autres. Mais des expériences récentes de Warburg, confirmées et étendues par Harvey, font douter que les sels insolubles dans les substances grasses puissent pénétrer dans les cellules. Je pense que la différence envisagée doit s'expliquer beaucoup plus simplement. Les œufs non fécondés sont entourés d'une couche corticale qui se détruit ou se modifie lors de la fécondation. Cette modification amène la formation d'une membrane de fécondation, dont j'ai pu montrer qu'elle e^t facilement perméable aux sels. Tant que la couche corticale de l'œuf non fécondé est intacte, elle empêche la solution saline ambiante de venir en contact avec le protoplasme, ou aumoins elle retarde ce contact. Mais si, en fécon-

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dant Tœuf. on détruit cette couche corticale, la solution saline vient alors directement en contact avec le protoplasme et peut, si elle est anormale, en faire désintégrer la couche superficielle.

J'incline à penser que la résistance différente des divers organismes ou cellules aux solutions salines anormales est due à des différences dans la constitution des enveloppes protectrices des animaux ou des cellules. Les microorganismes qui peuvent vivre dans les acides organiques forts ou dans les solutions salines de haute concentration possèdent probablement une couche superficielle qui isole leur protoplasme de la solution. Quant au protoplasme du muscle, le sarcolemme, qui est assez dur, lui fournit une protection sinon absolue, du moins efficace contre la solution.

Mais à côté des différences de cette espèce, le degré de résistance des cellules à des solutions variées peut être influencé par d'autres conditions. J'ai trouvé que les œufs fécondés d'oursin vivent plus longtemps dans des solutions salines anormales si Ton empêche l'oxydation des œufs, soit en en retirant l'oxygène, soit en y ajoutant du cvanure de potassium ou de sodium. Warburo- et J\Ie3^erhof en ont tiré la conclusion que dans une solution pure de sel marin, la vitesse des oxydations se trouve accrue dans l'œuf de Strongylocenti'otus et que c'est là la cause de la mort de cet œuf. Mais cet accroissement d'ox3^dation ne peut être observé quand on porte dans une solution pure de sel marin des œufs dCArbacia et, de plus, l'absence d'oxygène prolonge la vie des œufs fécondés tout aussi bien dans les solutions ce

NaCl + CaCP ou de NaCl + BaCP alors que les mêmes auteurs ne prétendent pas que ces sels augmentent la vitesse d'oxydation de l'œuf. J'incline à penser que pendant ou avant la division de la cellule, à côté des phénomènes de pénétration dans cette cellule, il se produit dans la couche superficielle du protoplasme des changements dont l'efFet est de rendre cette membrane plus sensible à Taction des sels. Si nous supprimons les oxydations, nous supprimons aussi les processus qui conduisent à la division cellulaire et par suite, nous retardons l'action nocive qu'une solution saline anormale exerce sur la couche superficielle du protoplasme de l'œuf.

Si nous posons maintenant de nouveau la question : pourquoi les sels sont-ils nécessaires à la conservation de la vie de la cellule, nous pouvons noter un certain nombre de cas dans esquels la réponse ne paraît pas douteuse, unaque cellule peut être considérée comme un milieu chimique où le travail ne se poursuit de la manière qui convient, qu'autant qu'il y a obstacle à la difi'usion de substances à travers la paroi cellulaire. Cette diffusion dépend de la nature de la couche superficielle de la cellule. Overton pense, ainsi que d'autres auteurs, que cette couche est formée d'une membrane continue de graisses ou de lipoïdes. Cette opinion est incompatible avec deux faits : d'abord, que l'eau diffuse très rapidement vers l'intérieur de la cellule, et ensuite que la vie

LE ROLE DES SELS

dépend de l'échange, entre les cellules et le milieu ambiant, de substances solubles dans Teau et non de substances solubles dans les matières grasses. Les faits d'antagonisme entre acides et sels qu'on a exposés plus haut suggèrent l'idée que la membrane superficielle des cellules est entièrement ou essentiellement formée de certaines protéines.

Les expériences rapportées dans ce chapitre montrent que si les sels exercent sur la vie une influence préservatrice, c'est en « tannant » la membrane superficielle des cellules ; cette membrane acquiert par là des qualités de durée et d'imperméabilité relative sans lesquelles la cellule ne peut exister.

Cette conception nous permet de comprendre pourquoi les sels neutres, sans fournir d'énergie à la cellule, sont cependant nécessaires à son existence.

En ce qui concerne les effets dynamiques des sels, il n'est pas impossible que certains d'entre eux soient de même nature que ceux dont il a été question plus haut. Le fait que l'addition d'un sel de calcium à une solution de sel marin pur empêche les contractions musculaires qui se produisent dans une solution pure de sel marin suggère que le chlorure de calcium empêche simplement ou retarde la diffusion du sel à travers le sarcolemme. Mais d'autres actions exercées par les sels, par exemple celle qui fait dépendre en apparence la contractilité musculaire de la présence de sel marin, ou encore le rôle de l'acide phosphorique, ne doivent pas trouver leur explication dans les faits que nous avons exposés.