Branchie

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Branchies de mérou
Branchies de thon (isolées de la carcasse)
Branchies externes de la larve du triton alpestre

Les branchies sont des organes internes ou externes permettant aux animaux aquatiques, notamment les poissons, de respirer en extrayant l'oxygène de l'eau. Le mot "branchie", du genre féminin, est dérivé du grec ancien βράγχια, par l'intermédiaire du latin branchie utilisé par Columelle[1].

Description[modifier | modifier le code]

Détail au microscope de branchies

Les branchies sont des évaginations tissulaires vascularisés qui forment une surface d'échange respiratoire. Elles constituent la principale surface d'échanges gazeux pour les animaux aquatiques comme les plantes sur la terre.

Les branchies des Invertébrés (mollusques, annélides, certaines larves d'insectes) sont issues de repliements de l'ectoderme tandis que les branchies des Cordés (dont les Vertébrés) sont constituées principalement d'endoderme et ne sont donc pas des structures homologues. Certains Vertébrés ont cependant des branchies externes issues exclusivement de l'ectoderme (c'est le cas de la première génération de branchies chez les têtards d'Amphibiens) et chez l'axolotl adulte (seul animal du règne vivant à présenter cette particularité).

Rôle[modifier | modifier le code]

Outre leur rôle fondamental dans la respiration, les branchies servent à piéger de la nourriture notamment chez les animaux microphages filtreurs (moule, ascidie...) et réguler la concentration ionique du milieu intérieur (chez les poissons).

On trouve quatre branchies sous chaque opercule chez un poisson. Une branchie se compose d'un os sur lequel s'insèrent deux lames branchiales constituées de fins filaments (environ 200 par lames, donc 400 par branchie). Chaque filament est très richement irrigué et le sang n'est séparé de l'eau que par quelques micromètres, voire moins d'un micromètre.

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

Les branchies ont un fonctionnement pour partie comparable aux poumons, dans la mesure où elles constituent une surface d'échange, très étendue dans un volume restreint grâce à leur forme ;
la membrane sert de filtre laissant passer l'oxygène (vers l'intérieur de l'organisme) et le dioxyde de carbone (vers l'extérieur).

L'eau rentre par la bouche et sort par les ouïes, un courant d'eau suffisant étant créé par le déplacement de l'animal, et par des mouvements de pompage de la bouche ou des branchies (Remarque: chez les espèces à branchies externes, seul le mouvement du corps permet la création du mouvement d'eau). Au passage, le sang a capté (une partie) du dioxygène dissout dans l'eau et a rejeté du dioxyde de carbone préalablement dissout dans le sang, par diffusion osmotique.

On peut illustrer cette analogie entre poumons et branchies par le cas d'un homme qui se noie : les poumons peuvent filtrer l'oxygène de l'eau, mais notre système respiratoire ne peut pas pomper de l'eau assez vite pour renouveler efficacement l'approvisionnement en oxygène. Les animaux pourvus de branchies ont des organes qui fonctionnent, non comme un cul-de-sac, mais comme un tunnel, voire comme un arbre dans le vent (branchies externes), ce qui permet de faire circuler l'eau assez vite.
Du point de vue de l'évolution de la vie, les poumons sont considérés comme une évolution de la vessie natatoire et non comme des branchies devenues internes et invaginées (une seule ouverture). L'orifice branchial est, quant à lui, devenu un des organes de l'ouie.

L'eau, comme l'air, est un fluide où se trouve de l'oxygène, mais en quantité moindre : une membrane pulmonaire doit filtrer environ 25 litres d'air pour extraire un litre d'oxygène (le rendement est modeste, l'air comprenant 21 % d'oxygène), mais des branchies doivent voir passer de 300 à 500 litres d'eau pour en obtenir la même quantité. L'eau est d'autre part 800 fois plus dense que l'air, et 60 fois plus visqueuse. Le système des branchies permet donc de faire passer en sens unique un maximum de liquide avec un minimum d'effort musculaire (nécessitant de l'oxygène).

Maladies[modifier | modifier le code]

Chez les poissons comme chez les invertébrés bivalves (ex : huîtres du genre Crassostrea[2], les branchies sont protégées par le systèmes immunitaire mais sont aussi un lieu de parasitose par divers microbes, champignons aquatiques (ex : microsporidies[3] ou invertébrés qui profitent de la proximité du sang et de la difficulté pour le poisson de les nettoyer mécaniquement. Certains poissons nettoyeurs nettoient les branchies d'autres poissons.

Modélisation, imitation[modifier | modifier le code]

Le domaine de la biomimétique s'intéresse aux branchies qui présentent des qualités ou potentialités exceptionnelles en termes de filtration, autonettoyage, échanges chimiques, gazeux, thermiques et de filtration[4]. Des chercheurs essayent notamment de produire des branchies artificielles qui permettraient à des plongeurs sous-marin de directement profiter de l'oxygène dissous de l'eau, sans bouteilles[5].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Définitions lexicographiques et étymologiques de « Branchie » du TLFi, sur le site du CNRTL.
  2. Comps, M. (1970). http://archimer.ifremer.fr/doc/00000/3145/ La maladie des branchies chez les huîtres du genre Crassostrea caracteristiques et evolution des alterations processus de cicatrisation]. Revue des Travaux de l'Institut des Pêches Maritimes, 34(1), 23-44.
  3. Bekhti M & Bouix G (1985) Loma salmonae (Putz, Hoffman et Dunbar, 1965) et Loma diplodae n. sp., microsporidies parasites de branchies de poissons téléostéens: implantation et données ultrastructurales. Protistologica, 21(1), 47-59.
  4. Tien-Chieh Hung, Raul H Piedrahita, Angela Cheer (2012) Bio-inspired particle separator design based on the food retention mechanism by suspension-feeding fish, Bioinspiration & Biomimetics 7 (4), 046003.
  5. Generation-nt (2014), brève illustrée intitulée Triton : un étonnant concept de branchies artificielles, mis en ligne 2014-01-26

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • Jennifer C. Smith, S. Laurie Sanderson,(2013) Particle retention in suspension-feeding fish after removal of filtration structures Zoology, 116 (6), 348-355
  • E.H. Elsheikh, (2013) Scanning electron microscopic studies of gill arches and rakers in relation to feeding habits of some fresh water fishes ; The Journal of Basic & Applied Zoology, 66 (3), 121- 30.
  • U. Kumari, M. Yashpal, S. Mittal, A.K. Mittal (2009) Surface ultrastructure of gill arches and gill rakers in relation to feeding of an Indian major carp, Cirrhinus mrigala , Tissue and Cell41 (5), 318 - 325.
  • L. G. Ross, C. A. Martinez-Palacios, Ma. del C. Aguilar Valdez, M. C. M. Beveridge, Ma. C. Chavez Sanchez (2006) Determination of feeding mode in fishes: the importance of using structural and functional feeding studies in conjunction with gut analysis in a selective zooplanktivore Chirostoma estor estor Jordan Journal of Fish Biology, . 68 (6), 1782 - 1794.
  • Anders Persson, Jonas M. Svensson, Aquatic Ecology (2006) Vertical distribution of benthic community responses to fish predators, and effects on algae and suspended material. 40 (1), 85 - 95 .
  • Anders Persson, Christer Bronmark, (2002) Foraging capacities and effects of competitive release on ontogenetic diet shift in bream, Abramis brama. Oikos 97 (2), 271 - 281
  • S. Laurie Sanderson, Angela Y. Cheer, Jennifer S. Goodrich, Jenny D. Graziano, W. Todd Callan, (2001) Crossflow filtration in suspension-feeding fishes. Nature, 412 (6845), 439 - 441.
  • A.Y. CHEER, Y. OGAMI, S.L. SANDERSON(2001) Computational Fluid Dynamics in the Oral Cavity of Ram Suspension-Feeding Fishes, Journal of Theoretical Biology, 210 (4), 463 - 474.
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  • S. Laurie Sanderson, Sarah J. Kupferberg (1999) Development and Evolution of Aquatic Larval Feeding Mechanisms, 301 - 377.
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  • Coen Van Den Berg, Geert J. M. Van Snik, Jos G. M. Van Den Boogaart, Ferdinand A. Sibbing, Jan W. M. Osse(1994) Comparative microanatomy of the branchial sieve in three sympatric cyprinid species, related to filter-feeding mechanisms, Journal of Morphology, 219 (1), 73 - 87.
  • Coen Berg, Ferdinand A. Sibbing, Jan W. M. Osse, Wim Hoogenboezem (1992) Structure, development and function of the branchial sieve of the common bream, Abramis brama, white bream, Blicca bjoerkna and roach, Rutilus rutilus, Environmental Biology of Fishes 33 (1-2), 105 - 124