Strange Stuff And Funky Things

Transcription de ma chronique pour l'émission 495 de Podcast Science par laquelle démarre la 14ème saison du podcast et dont le thème était Ampère.

Nous sommes le 19 Mars 1800, le long des rives du fleuve Orénoque dans ce qui deviendra l’actuel Venezuela, mais connu alors comme une contrée de la nouvelle Espagne. L’explorateur prussien Friedrich Wilhelm Heinrich Alexander von Humboldt

et son homologue français, le botaniste Aimé Jacques Alexandre Goujaud-Bonpland



commencent à désespérer. Parmi toute la faune locale qu’ils souhaitaient étudier, le Gymnote, un poisson électrique taquinant les deux mètres de long, semble paradoxalement introuvable.
La bête n’est pourtant pas un mythe car les indigènes en parlent souvent, tout comme d’autres Européens par le passé. Ainsi, Jean Richer, astronome de l'Observatoire de Paris, en avait observé en 1672 dans la Guyane française et les avait décrit comme des « anguille[s] grosse[s] comme la jambe ». Mais qui s’y frotte s'y pique et les toucher « engourdit tellement le bras & la partie du corps qui lui est la plus proche que l'on demeure pendant environ un quart d'heure sans pouvoir le remuer ». Plusieurs spécimens furent rapportés en Europe pour être naturalisés, disséqués ou maintenus vivants, et Carl von Linné ajoutera le poisson dans son Systema naturae sous l’entrée Gymnotus electricus, clarifiant par ailleurs qu’il ne s’agissait pas de véritables anguilles, mais plutôt de représentants de la famille des poissons-couteaux.
Dès leurs premières descriptions, ces gymnotes électriques ont captivé la communauté scientifique, et s’ajoutent à une liste de plusieurs espèces partageant les mêmes étonnantes propriétés comme les raies électriques (aussi connues sous le nom de torpilles) ou encore le poisson-chat électrique du Nil déjà décrits dans des textes de l’Egypte antique. Il faut savoir que ces poissons électriques servaient alors d’objet d’étude pour les zoologistes, mais également pour les premiers savants explorant le monde étrange de l’électricité. Ainsi, des scientifiques comme Franklin, Galvani



ou Volta



tentent d’établir un lien entre l’électricité atmosphérique, celle qui provoque les éclairs, l’électricité statique générée par frottements de certains matériaux comme l’ambre, et enfin l’électricité animale. Tout comme Luigi Galvani, Alexander von Humboldt mènera surtout des études sur des grenouilles mortes dont il animera les membres par application d’électricité statique sur des muscles ou fibres nerveuses. Mais, à l’occasion, il n’hésitait pas non plus à réaliser des expériences sur sa propre personne, notant par exemple qu’il était imprudent de s’électrocuter la gencive après une extraction dentaire… En 1797, il finissait de compiler les résultats de près de milliers d'expériences dites galvaniques dans un recueil intitulé “Expériences sur le muscle et la fibre nerveuse excités, avec des conjectures sur le processus chimique de la vie dans le monde animal et végétal”. Parmi ces dispositifs expérimentaux, il notait par exemple qu’un empilement de muscles de grenouilles pouvaient réagir plus fortement à une décharge électrique qu’un seul muscle

Mais à la fin du XVIII siècle, les observations et expériences qui manquaient le plus à von Humboldt nécessitaient des poissons électriques. Or, depuis 1792, du fait des guerres prussiennes, von Humboldt ne pouvait pas rejoindre les côtes italiennes méditerranéennes pour y observer les raies électriques. En 1798, après avoir convaincu Bonpland de la nécessité de réaliser une expédition naturaliste, ils ratèrent une opportunité de rejoindre celle organisée par Napoléon en Egypte pour étudier la faune du Nil, et notamment son poisson-chat électrique. 

Ils se sont donc rabattus sur un convoi espagnol à bord de la Frégate Pizarro le 5 Juin 1799, s’imaginant déjà étudier une flopée de gymnotes électriques biens vivaces. Or, dans le village de Rastro de Abaxo qu’ils ont rejoint après un mois de voyage, les indiens ne leur ont rapporté qu’un individu malingre et aux portes de la mort. Pourtant, ces mêmes indiens affirmaient que les gymnotes étaient très nombreux mais condensés dans des mares peu profondes, rendant leur pêche trop dangereuse. Pas loin de péter un fusible, Alexander von Humboldt insiste et réussit à persuader un groupe d’indiens de leur en capturer plusieurs spécimens. Mais ceux-ci proposent d’y parvenir en réalisant une pêche exploitant un appât peu banal : une pêche aux chevaux. Ils demandent aux européens de leur donner des moyens d’acheter ou capturer près de 30 mules et chevaux, puis, munis de grands bâtons en bois, ils mènent leur harde dans les eaux infestées de gymnotes et les empêchent de sortir. Bonpland et von Humboldt ont consignés leurs souvenirs dans un ouvrage co-rédigé, intitulé Voyage aux Régions Équinoxiales du Nouveau Continent, où ils décrivent la scène suivante :

Les anguilles, étourdies par le bruit [des chevaux], se défendent par la décharge répétée de leurs batteries électriques. Pendant un long intervalle, elles semblent capables d’être victorieuses. Plusieurs chevaux sombrent sous la violence des coups invisibles qu'ils reçoivent de toutes parts, dans les organes les plus essentiels à la vie ; et assommés par la force et la fréquence des chocs, ils disparaissent sous l'eau. D'autres, haletants, la crinière dressée, les yeux hagards exprimant l'angoisse et le désarroi, se relèvent et tentent de fuir la tempête qui les surprend. Les Indiens les repoussent au milieu de l'eau, mais un petit nombre d'entre eux réussit à échapper à la vigilance active des pêcheurs. Ils regagnent le rivage en trébuchant à chaque pas et s'étendent sur le sable, épuisés de fatigue et les membres alourdis par les chocs électriques des gymnotes.

Dans son récit “Chasse et combat des anguilles électriques avec des chevaux” publié en 1807 dans les Annalen der Physik, von Humboldt résuma l’épisode ainsi : 

“ La crainte des décharges d'anguille électrique est si exagérée dans la population que nous ne pûmes en obtenir aucune en trois jours. Notre guide emmena chevaux et mulets et les fit entrer dans l'eau. En cinq minutes environ deux chevaux se noyèrent. L'anguille d'un mètre soixante de long se frottait au ventre du cheval et lui donnait un choc. Mais lentement la violence du combat inégal se calma et les anguilles épuisées se dispersèrent. En un rien de temps nous eûmes cinq grandes anguilles. Après les avoir étudiées pendant quatre heures, nous eûmes jusqu'au lendemain des crampes, des douleurs aux articulations et une nausée générale. “

Vous ne serez pas surpris d’apprendre que ce récit eut l'effet d’un coup de tonnerre en Europe et électrisa la communauté scientifique. Mais c’est au final von Humboldt qui fut le plus choqué à son retour lorsqu’il découvrit que le 19 Mars 1800, le même jour où il était témoin de ce fantastique combat entre chevaux et gymnotes, Alessandro Volta rédigeait calmement une lettre décrivant l’une des inventions les plus galvanisante de l’histoire de l’électro-physique. Dans un éclair de génie, il avait troqué les tissus animaux pour un entassement alterné de disques de métaux et de cartons trempés dans de la saumure, qui s’est avéré capable de générer un courant électrique stable : la pile ou batterie voltaïque était née.



Dans sa lettre qu’il adressait à Joseph Banks, Alessandro Volta surnomma l’appareil d’“organe électrique artificiel”, directement inspiré de ses études des organes de plusieurs espèces de poissons électriques.



Ironie du sort, peut être que s’il avait poursuivi ses propres expériences sur les grenouilles, von Humboldt n’aurait pas été ainsi coiffé au poteau… électrique. On imagine bien que pour Humboldt, entretenir de telles ruminations était tout simplement révoltant… 

Pis encore, à l’orée du XXème siècle, de nombreux scientifiques considéraient que le récit d’Humboldt sur les gymnotes sauteurs était douteux voire un empilement de niaiseries. Il faut dire que l’étude de ces poissons électriques était devenue un sujet branché, et aucune observation ne semblait corroborer les dires des deux explorateurs ! Par contre, les rigoureuses descriptions de ces animaux avaient permis quelques avancées majeures dans la compréhension de leur biologie, à commencer par leur classification. L’espèce étudiée par von Humboldt a été déplacée dans la systématique et renommée Electrophorus electricus (du grec "ḗlektron", ambre, substance capable de retenir l'électricité statique, et "phérō", je porte, ce qui donne le sens de "porteur d'électricité électrique"...). Depuis 2019, on sait même distinguer trois espèces du genre Electrophorus avec les nouvelles espèces Electrophorus varii et Electrophorus voltai nageant dans des cours d’eau sud américains distincts.



Par ailleurs, avec les instruments sophistiqués actuels, plus la peine de toucher ces poissons pour estimer l’intensité de leurs décharges électriques. C’est ce qui a permis de mesurer qu’Electrophorus voltai peut générer une décharge de 860V, un record dans le monde animal ! On peut aussi exploiter des sondes électriques pour documenter la dynamique de ces décharges à des vitesses taquinant la dizaine de millisecondes, voire, si on les connecte à des enceintes, entendre ces impulsions électriques. Je ne résiste pas à la tentation de vous diffuser un extrait d’une vidéo des années 50 où un chercheur plonge des électrodes dans l’aquarium d’une anguille électrique qu’il a surnommé Joe.

Dans cette même vidéo, on apprend que ces animaux sont dotés de trois organes électriques, dont on a ensuite révélé qu’il s’agissait de fibres musculaires modifiées, composées de cellules surnommées électrocytes, montées, selon l’espèce considérée, en circuit parallèle ou en série. Leur dissection moléculaire a même permis d’isoler des récepteurs cholinergiques, des structures cruciales pour la communication entre le système nerveux et divers organes cibles comme le cœur, les muscles ou les poumons.

Mais depuis la prolifération de vidéos sur YouTube, de nombreuses observations anecdotiques d’anguilles électriques sauteuses ont commencé à s’accumuler, s’attaquant à diverses cibles comme des caïmans, ou encore des humains.



Dans les deux cas, la rencontre était potentiellement létale.

Pour vérifier une fois pour toute les dires de von Humboldt et la véracité de ces vidéos, Kenneth Catania, un chercheur de l’Université de Vanderbilt à Nashville, Tennessee, s'est procuré plusieurs spécimens d'anguilles électriques. Initialement sceptique des affirmations de l’explorateur prussien, Catania a réalisé des expériences qui lui ont fait faire volt-face. Mais avant de vous dévoiler ces expériences, et au risque de vous faire perdre le fil conducteur de ma chronique, je me dois de vous parler un peu de ce chercheur particulièrement disjoncté. Voici la description qu’en a fait Ed Yong dans un article de The Atlantic paru en 2015 : 

Catania est une rareté : un neurobiologiste spécialisé dans la découverte, à lui seul, de secrets d'animaux inhabituels et étonnants. Dans un siècle dominé par la science collaborative, Catania se distingue par une série d'articles rédigés par un seul auteur, lui même, et pourtant publiés dans des revues scientifiques de premier plan. Il a montré comment les taupes à nez étoilé sentent sous l'eau en soufflant des bulles. Il a découvert comment les serpents à tentacules forcent les poissons à nager directement dans leur bouche. Il a enfin montré comment les humains, les plus étranges de tous les animaux, imitent les taupes pour récolter des vers de terre. 

Sans surprise, Catania est cité plusieurs fois dans les billets de mon blog Strange Stuff and Funky Things tant ses recherches correspondent à ma ligne éditoriale du WTF.

Et pour l’étude du comportement défensif d’Electrophorus electricus, Catania ne m’a pas déçu : il a commencé par connecter divers objets à des électrodes et des enceintes avant de les présenter à des anguilles électriques maintenues dans des aquariums et filmer leur réactions au ralenti. Il a pris par exemple un masque de caïman, bardé de LEDs et d’électrode ou une fausse main en caoutchouc. Vous pouvez écouter le bruit de chaque réaction successivement :

Puis, à l’instar de von Humboldt qui n’hésitait pas à utiliser son corps dans ses expérimentations galvaniques, Catania a réalisé une expérience où il s’est volontairement laissé électrocuter par une anguille électrique juvénile, et qui lui a permis de mesurer une décharge de 198V pour 0,004A (on imagine bien qu’il était sous tension lors de son protocole).

C’est ainsi que notre chercheur de Nashville a réhabilité le récit de von Humboldt et conclut que ce comportement défensif est d’autant plus fréquent que les anguilles se retrouvent dans un milieu aquatique peu profond. Non seulement c’est une situation plus vulnérable pour elles, mais surtout, elle correspond à une période de reproduction et de ponte; expliquant potentiellement un surplus d’agressivité. Pour citer le titre de mon collègue Adrien Demilly sur son billet concernant les poissons électriques sur SSAFT, pas étonnant qu’il y ait de l’électricité dans l’eau !

J’en profite pour citer Adrien qui, dans le même billet nous dévoilait que :

L’électrogenèse (production d’électricité) est utile au poisson dans moult domaines et particulièrement dans celui de la communication. En effet, non contents de les produire, les poissons électriques sont aussi capables de « sentir » les champs et décharges électriques, ainsi que leurs variations, aussi infimes soit-elles. Ils doivent ce « sixième sens » à des électrorecepteurs situés juste sous la peau et dérivant de la ligne latérale (une série de petits organes sensoriels permettant de ressentir les vibrations de l’eau, elle permet notamment aux poissons « d’entendre » et leur évite de se rentrer dedans quand ils nagent en banc).

Je suis certain qu’Adrien serait ravi d’apprendre que depuis son billet de 2009, la science de la communication des anguilles électriques a littéralement fait des bonds ! À commencer par une autre étude de Kenneth Catania qui a démontré que pour détecter des proies, Electrophorus electricus envoyait de puissants doublets de décharges capables d’interagir avec leur système nerveux. Conséquence ? Une proie dissimulée et immobile qui reçoit la décharge se trouve prise de spasmes involontaires, facilement détectables par l’anguille. Celle-ci peut alors envoyer une nouvelle séquence de décharges qui va épuiser momentanément la proie entrainant sa paralysie (et sa capture en quelques instants).
 

Mais toutes les anguilles électriques ne pratiquent pas la chasse solitaire comme Electrophorus electricus. En 2021, une étude de l’espèce Electrophorus voltai a permis de caractériser un comportement de chasse en meute, où un banc d’anguilles isolent un groupe de poissons avant de balancer des séries de décharges électriques si violentes que les proies jaillissent hors de l’eau.

Ce comportement est d’autant plus surprenant qu’il n’avait été documenté que chez des mammifères. Mais ce que je trouve fascinant et ce que notent les auteurs, c’est que la coordination entre individus pourraient passer par une communication via des impulsions électriques. Qui sait, tout un langage poissonneux composé d’infimes décharges reste à découvrir !



Une perspective de trouvailles qui risque de faire des étincelles dans la communauté scientifique.

Alors j’aurais voulu vous préparer une phrase de conclusion de chronique fulgurante, mais je vous avoue que c’est bien trop prise de tête et que je suis malheureusement… en panne d’inspiration.

Liens :
Alexandre Humboldt et l’anguille électrique :
This Month in Physics History: Alexander von Humboldt Hunts Electric Eels
Combat with Electric Eels Lives of the Brothers Humboldt (1852)
The Last Word On Nothing | Eel communication

Kenneth Catania :
Catania Lab | College of Arts and Science | Vanderbilt University

Les Gymnotes :
How an electric eel works: You wouldn't want to be on the receiving end of its high voltage charge
This Alligator Will Die From 860 Volts
Testing an Electric Eel’s Shock Powers With His Own Arm - The New York Times
The Surprising Power of an Electric Eel’s Shock - The New York Times
Like a Slimy Taser, Electric Eels Can Leap Out and Zap Their Prey - The New York Times
It's Like An 'Electric-Fence Sensation,' Says Scientist Who Let An Eel Shock His Arm
Scientist Shocks Himself With an Electric Eel ... Because Science
A Scientist's Shocking Discovery About Electric Eels - The Atlantic
Creepy but Curious: Do Stunned Fish Dream of Electric Eels? - ABC (none)
Electric eel zaps neurons of its prey | Nature
How Do Eels Make Electricity?
Leaping Electric Eels Resolve a Centuries-Old Mystery
Electric Eels Bigger Than You Zap in PACKS
Electric Eels Zap Their Prey | Video
How do electric eels generate a voltage and why do they not get shocked in the process? - Scientific American
How Do Electric Eels Generate Electricity? | Ask a Naturalist
Electric eels can power Christmas tree lights -- and science
Newly identified electric eel is the most powerful ever found, say scientists | CNN
A Shocking New Discovery About How Electric Eels Hunt
Electric eels inspired the first battery two centuries ago and now point a way to future battery technologies
Electric Eels Hunt in Packs, Shocking Prey and Scientists - The New York Times

Poissons électriques :
The Shocking Truth About Electric Animals!
How do fish make electricity? - Eleanor Nelsen
How Do Sharks and Rays Use Electricity to Find Hidden Prey? | Deep Look 
Electroreception in fish, amphibians and monotremes
Electrolocation and electrocommunication in weakly electric fish
Quand le courant passe ! – Culture Biologique Numérique  
Scientists find the shocking truth about electric fish
How Electric Fish Evolved Shocker of an Organ Six Times | IFLScience
Electric Fish Genomes Reveal How Evolution Repeats Itself | Quanta Magazine
 

Références :
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