SO

Zn , . . 10

Fe 2,7

Si03 1,4

Comme on le voit, l'absence de fer dans la solution nutritive n'amène qu'une diminution relativement minime de la

(1) On pourrait encore faire remarquer que la solution Raulin ne contient ni Na, ni Ca; il semble établi que d'une façon générale le calcium, si important pour les animaux et les végétaux supérieurs, est d'une importance secondaire pour la culture des champignons.

récolte, fait .frappant, car le fer semble nécessaire à la constitution de la substance nucléaire.

Nous sommes ainsi amenés à penser qu'il est possible que la solution nutritive nécessaire à une plante ne contienne pas seulement les substances qui sont nécessaires à la construction de la substance vivante (comme par exemple la plupart des anions, et encore K, Mg, NH4;, mais encore des substances qui, sans jouer un tel rôle, ont cependant leur importance. Par exemple le zinc, dans la solution Raulin.

Quel est donc le rôle de ces cations ? Pour trouver une solution à ce problème, considérons d'un peu plus près le rôle que jouent les sels chez les animaux. Mes recho.ches m'ont amené à penser qu'il existe deux sortes de substances dans les solutions nutritives : les substances nutritives proprement dites, et les substances protectrices, (atoiis parmi les premiers : COg, NH^, PO4, SO^, et vraisemblablement aussi, du moins pour certains organes, K.

Les animaux tirent leurs albuminoïdes des plantes, et c'est pourquoi Ton trouve qu'en général NH4 et NO3 sont superflus dans les solutions nutritives qui leur sont destinées. J'ai spécialement étudié ce sujet chez les larves d'oursin et me suis convaincu que l'addition de NO3, NH4 à l'eau de mor ou aux solutions artificielles, ne produit jamais d'accélération de croissance. Mais, d'autre part, il y a deux métaux qui sont d'une importance toute spéciale pour tous les animaux et qui manquent totalement dans la solution Raulin, ce sont Na et Ca. Le sodium manque d'ailleurs également dans les solutions nutritives habituellement employées pour les phanérogames.

Je crois donc que ces sels jouent, au moins en partie, le rôle de substances protectrices, en ce que leur absence amène une modification de la structure physique ou d'autres propriétés des cellules. C'est ce que rendent particulièrement net les recherches sur les animaux marins auxquelles je viens de faire allusion.

Nous avons déjà vu que les Gammarus vivant dans l'eau de mer meurent dans l'eau distillée au bout d'une heure environ, parce qu'elle ne contient pas de sels de Na,K,Ca, ni de Mg(les sels de magnésium sont d'ailleurs beaucoup moins nécessaires que les autres). Comme anion, le chlore suffit. En l'absence de Na, de K, ou de Ca, l'animal ne vit que quelques heures, quelle que soit d'autre part la formule de la solution. Dans un mélange de NaCl, KCl, CaClg, il peut vivre deux jours environ, et plus encore si on ajoute du MgClg. Mais on ne saurait admettre que la mort si rapide en Tabsencedes trois cations Na, K, Ca, — elle se produit, dans ce cas, au bout d'une heure — soit due à ce que l'animal utilise ces sels pour la synthèse de sa substance vivante. Un est pas vraisemblable non plus, d'après les recherches exposées plus haut sur la diffusion des sels hors du corps, que l'organisme perde plus que des traces de ces sels, en un temps aussi court. Il y a plutôt lieu de supposer qu'e» Tabsence de ces sels il se produit des modifications physiques du protoplasme qui changent la perméabilité ou rendent la vie impossible de quelque autre manière.

Cette conclusion s'appuie sur le fait qu'on peut diluer l'eau de mer jusqu'à tripler environ son volume sans compromettre la vie des Gammarus, Seule, une dilution à 10 volumes produit rapidement la mort. Si l'appauvrissement en sels -des animaux était la cause de leur mort, une dilution du double de l'eau de mer devrait également amener la mort, quoique plus lentement. Or, ce n'est pas le cas. Les solutions artificielles, dans lesquelles NaCl, KCl, CaClg sont contenus dans le même rapport que dans l'eau de mer, agissent comme cette dernière lorsqu'on les dilue.

Tout cela indique bien qu'il se produit des modifications dans Tétat physique des cellules ou dans certaines de leurs parties. Les phénomènes de cytolyse, qui réduisent rapidement à leur stroma les œufs d'oursin placés dans des

solutions de concentration trop faible ou trop forte, confirment également cette conclusion.

Mes recherches sur les substances nécessaires à la régénération et à la croissance chez Tubalaria m'ont donné des résultats tout à faits analogues. Les polypes vivent dans une solution qui contient NaCl, KCl, CaCl^, MgCl2, dans les rapports où ils se trouvent dans Teau de mer, soit : pour 100 molécules de NaCl, 2 mol. Cadj, 2,2 moU KGl, et 7,8 mol. MgClj. EnTabsence de l'un des trois premiers sels il n'y a pas régénération, mais l'animal meurt rapidement. (Il y a encore une substance nécessaire à la croissance, c'est le bicarbonate de soude COgNaH, qui maintient la neutralité de la solution. Mais nous en dirons plus long à ce sujet ultérieurement.) Si on dilue l'eau de mer au doublé de son volume avec de Teau distillée, la vitalité n'est pas diminuée ; de même avec une solution nutritive artificielle. Mais si on dilue au triple, la mort se produit bientôt, et, dans ce cas, des modifications de structure physique sont immédiatement visibles (cytolyse ?)•

Les conditions nécessaires au développement des œufs de Strongylocentrotus lividus sont tout à fait analogues. En première ligne, NaCl, KGl, CaClg sont indispensables, car en l'absence de l'un de ces sels, la segmentation ne se produit pas, même si tous les autres constituants de l'eau de mer sont présents dans la solution. Une substance comme NaHCOg, capable de maintenir la neutralité de la solution, est également nécessaire pour le développement de ces œufs. Mg et SO4 sont utiles si l'on veut avoir un développement parfait, mais leur absence est loin d'être aussi nuisible que celle de Na, Ga ou K. On peut donc en somme considérer comme suffisante pour le développement des larves d'oursin une solution nutritive contenant NaCl, KGl, GaGl,, MgCl^, MgSO^, NaHGO,. D'autres constituants de l'eau de mer Fe,P04 sont sans importance. Ici encore, nous ne pouvons guère considérer les substances a nécessaires » comme étant des substances nutritives,

puisque les animaux empruntent leurs aliments à des plantes (1).

Une solution ayant la composition de Feau de mer devait également être propre au maintien de la vitalité des tissus isolés d'animaux marins. Le D*" Rogers a récemment recherché quelles solutions pouvaient maintenir le plus longtemps en activité le cœur isolé d'un crabe marin. Il a trouvé que l'eau de mer était très appropriée à cette fin. Mais, fait remarquable, l'action de l'eau de mer est encore plus propice, lorsqu'on lui ajoute du calcium. De même la solution dite « eau de mer artificielle de van't Hoff » (100 molécules NaCl, 2,2 KCl, 3 GaCl^, 7,8 MgCl^, 3,8 MgSO^) donne de bons résultats, pourvu qu'on lui ajoute un peu de bicarbonate de Na.

Or il est très remarquable que les tissus des animaux terrestres, comme la grenouille, la tortue, et, à ce qu'il semble, des vertébrés en général exigent pour être maintenus en vie en dehors de l'organisme, une solution qui ne diiïère que par la concentratibn de celle qui convient pour Gammarus ou Tubularia.

La concentration de la solution saline appropriée aux

tissus des animaux terrestres est environ celle d'une solu-

N tion de NaCl -^ environ ; elle varie un peu pour les diffé-

rents animaux.

Pour conserver longtemps l'activité du cœur des animaux à sang froid, Ringer recommande la solution suivante (2) :

Eau 1.000 grammes

NaCl 6 —

KCl gr. 075

CaCl2 gr. i

NaHCO^ gr. 1

(1) Oa sait que Herbst a fait une étude soigneuse des substances nécessaires au développement des œufs d'oursin.

Rusch(l) a employé aussi avec succès cette solution pour le cœur isolé des animaux à sang chaud ; mais dans ce cas la concentration du NaCl doit être portée à 8 grammes.

Locke (2) a recommandé la solution suivante pour le cœur isolé du lapin :

Eau 1.000 grammes

NaCl 9 à 10 -

KCl gr. 2

CaCl, gr. 2

NaHCOg gr. 1

Cette solution agit encore plus favorablement lorsqu'on lui ajoute un gramme de glucose. La solution de Locke ne se distingue de celle de Ringer que par sa teneur plus élevée en KCl et CaClg; ses chiffres se rapprochent des valeurs trouvées par Abderhalden pour ces sels dans le sérum du lapin (0,024 p. 100 CaCl^ et 0,042 p. 100 KCl).

Il est très remarquable de constater que la solution la mieux appropriée pour permettre la survie des tissus animaux comme le cœur correspond parfaitement à celle qui est la meilleure pour les animaux marins comme Gammarus ou Tubularia. En effet, si nous convertissons les chiffres de Locke ou d' Abderhalden en chiffres exprimant la concentration en molécules-grammes, nous obtenons les mêmes rapports entre les quantités de NaCl, KCl, GaCl , que ceux qu'on trouve pour tous les animaux marins, soit environ 100 molécules NaCl, 2 molécules KCl, 2 molécules. CaClg.

Pour les animaux marins, disons en passant que la teneur en KCl ou CaCl2 de la solution optimale peut varier dans de certaines limites, et il en de même pour les solutions artificielles qui conviennent aux tissus des animaux, terrestres, comme le montre une comparaison des solutions de Ringer et de Locke.

(1) Cité d'après Rusgh, Pfîugers Archiv, vol. LXXIII, p. 535, 1898. ('A) Locke, Zentralblatl fiïr physiologie, vol. XIV, p. 670, 1901.

On pourrait partir de là pour prétendre que nous por- ♦ tons toujours avec nous, comme une sorte de legs héréditaire, de Teau de mer sous forme de sérum. Mais Ton peut aus/i retourner la chose, et dire que si Feau de mer contient une faune beaucoup plus riche que Teau douce, c'est qu'elle a justement une composition idéale pour les tissus animaux.

Que le mélange : 100 molécules NaCl, 2 mol. KCl, 2 mol. CaCl^, ne joue pas le rôle d'une solution nutritive, mais en première ligne celui d'une solution protectrice, nécessaire pour conserver certaines propriétés physiques de la substance vivante, c'est ce qui ressort bien des faits suivants, déjà exposés dans une leçon précédente.

Les larves écloses de Fundulus vivent aussi bien dans Teau

distillée que dans l'eau de mer. Ce fait prouve que la nutrition

de ces animaux n'est liée en aucune façon à l'un quelconque

des sels contenus dans Teau. Placés dans une solution pure

de NaCl à la concentration qu'il a dans Teau de mer, envi-

N 5 ron -^ ou - N, des poissons meurent en moins de 12 heures.

Si on ajoute un peu de CaClg, ils ne vivent pas plus de 24 heures. Pour les conserver longtemps en vie — plus de 10 jours dans mes expériences — il faut employer une solution contenant environ 100 molécules NaCl, 2 mol. KCl, 2 mol. CaClg. Or telle est la solution qui paraît convenir en général à tous les organismes.

Ce résultat indique bien que cette association de molécules qui constitue le noyau de toutes les solutions nutritives animales, ne fonctionne pas en réalité comme « nutritive », mais comme « protectrice )>.

Les animaux empruntent leurs sels à leur nourriture. Les animaux marins peuvent peut-être puiser dans Peau demer une partie des sels dont ils ont besoin. En tout cas, les plantes marines empruntent certains anîons à Teau de mer, de même que K, Mg, Ca, là où ce dernier est nécessaire. Les plantes d'eau douce font de même. Mais l'exem-

pie de ces dernières montre justement que là où il s'agit de prendre des substances nécessaires à la nutrition, la concentration du milieu extérieur importe peu, comme on peut le remarquer chez les animaux par rapport à NaCl, KCl, GaCl<2. Cela me semble être encore un indice montrant que les substances dont la présence est nécessaire dans les solutions destinées aux animaux, ne fonctionnent pas en première ligne comme substances nutritives.

Les sels de soude, accessoires pour les plantes, sont importants pour les solutions destinées aux animaux : c'est là un fait particulièrement digne d'attention, et d'autant plus étonnant que tous les travaux récents ont contribué à diminuer de plus en plus la différence profonde qu'on prétendait voir antérieurement entre les animaux et les plantes. Même les éléments des instincts animaux, les tropismes, par exemple, sont communs aux animaux et aux plantes. Nous devons donc supposer que le sodium est peut-être en rapport avec les fonctions qui distinguent l'animal de . la plante, notamment les processus de contraction rapide dans lesquels les muscles et les nerfs jouent un rôle, et qui (en tant que contractions cardiaques, mouvements respiratoires) sont indispensables à Tanimal, tandis qu'ils manquent chez la plante.

Deux problèmes se posent donc à nous: 1^ rechercher s'il y a une variable physique qui*^oit influencée par l'action combinée de NaCl, KCl, CaClg; 2° voir s'il y a des processus spécifiques chez l'organisme animal, dans lesquels Na, K, et Ga, puissent jouer un rôle particulier. — Nous n'entrerons pas ici dans la première question; nous Tavons déjà effleurée dans la IIP leçon. Des recherches concernant l'influence des sels sur la cytolyse pourraient apporter de nouvelles contributions à cette question. Mac Gallum a trouvé, à ce sujet, que les sels de calcium diminuent l'action cytolytique de la saponine. Nous allons aborder, en revanche, la question du rôle que jouent Na, Ca, et K, dans certains processus spécifiques.

If. — Théorie de l'excitabilité; rôle de Na, K, Ca,

CHEZ LES animaux

En 1899, je formulai quelques hypothèses que je jugeais pouvoir conduire à une théorie générale de Texcitabilité. Je me représentais que les métaux ou les ions métalliques étaient liés dans les tissus à certaines substances organiques comme les acides gras — ou aussi la lécithine, — ou les corps albuminoïdes, et que la substitution d'un métal à un autre changeait les propriétés physiques de ces combinaisons, par exemple la tension superficielle, la viscosité, le pouvoir d'absorption de l'eau, et Tétat d'agrégation. Les manifestations vitales et les phénomènes d'excitabilité dépendraient de la présence dans les tissus de certaines combinaisons métalloprotéiques, ou de savons métalliques, dans des proportions définies (1).

J'ai appliqué cette idée à l'étude d'un phénomène qui n'avait été étudié jusque-là qu'incidemment, à savoir les contractions rythmiques des muscles du squelette. J'ai trouvé que de telles contractions rythmiques ne se produiseot que dans les solutions d'électrolytes, c'est-à-dire en présence de combinaisons qui peuvent s'ioniser. Dans les solutions de non électrolytes (urée, sucre, glycérine), ces secousses ne se produisent pas. Mais ces contractions rythmiques ne sont possibles que dans certaines solutions salines. Toutes les solutions de sels de sodium peuvent les provoquer, mais dans NaCl à 0,7 p. 100 elles commencent plus tard et sont moins violentes que dans une solution équimoléculaire de NaBr.

J'ai pu établir, de plus, que les sels de soude ne pro-

(1) LoKB, Pfîugers Archiv. vol. LXXV, p. 303, 1899. Am. Journ. of PhysioL, vol. III, p. 337, 1900. Festschrift fur" Professer Fick, Wûrzburg, 1899.

L'hypothèse de l'existence de combinaisons ionoprotéiques a été exposée indépendamment de mçi par Pauli (W. Pauli, Wiener Akad. Anz.y 12 octobre 1899. Uber physik. cfiem. Melhoden^ etc. Wien, 1900).

THÉORIE DE l'excitabilité 145

voquent les contractions rythmiques que si les cellules musculaires contiennent des ions Ca à une. concentration suffisante. Aussitôt qu'il y a manque d'ions Ca dans les tissus, les ions Na sont incapables de provoquer des contractions rythmiques. Mais si nous ajoutons alorsi à la solution de NaCl des sels de Ca à une très forte concentration, il ne se produit pas non plus de contractions. Tout se passe donc comme si la présence d'une certaine quantité d'ions Na provoquait les contractions, mais qu'elles ne soient plus possibles lorsque le rapport des ions Ga aux ions Na devient trop grand, ou trop petit. Il semble donc que le muscle ne soit excitable que lorsque le rapport

G Na de la concentration des ions Na aux ions Ga : ^ -, , dans