Ha l’amour… Ce sentiment si unique qui fait dans nos coeurs la pluie et le beau temps... On voit la vie en rose lorsque l’être aimé est tout près, et on se met à broyer du noir quand il est hors de portée. Et de manière plus générale, la qualité d’une relation amoureuse chez les humains se reflète sur l’état affectif - ou l’humeur - des deux partenaires. C’est prouvé ! Un tel mécanisme renforcerait l’engagement des deux partenaires dans la relation, et permettrait donc au couple de durer. Mais les humains ne sont pas la seule espèce à s’engager dans des relations longue durée ! Il serait donc logique que ce lien existe aussi chez d’autres espèces, notamment celles dont l’élevage des jeunes nécessite des soins de la part des deux parents, et donc un couple solide pendant cette période.
Couple de cichlidés zébrés, Amatitlania siquia. Crédits : Chloé Laubu
Pour montrer ça, il y a un modèle biologique qui est tout trouvé : le cichlidé zébré ! Il s’agit d’un petit ostéichthyen (pour rester dans l’air du temps, nous emploierons le vulgaire sobriquet de “poisson”), originaire d’Amérique du sud, qui nous avait déjà permis d’aborder le concept de personnalité animale (par ici) et même de convergence de personnalité (les amoureux qui finissent par se ressembler, par là). Ces travaux viennent d’une équipe de chercheurs de Dijon, et j’avais même interviewé Chloé Laubu (a.k.a. ma super ancienne collègue), l’auteure principale du papier que je m’apprête à vous présenter. Elle était alors au coeur de ladite expérience. Voici donc la vidéo où elle récapitule plein de concepts (Spoiler alert!! A regarder après l’article si vous préférez garder le suspense jusqu’au bout).
Reprenons. Le but de l’expérience est de vérifier l’hypothèse selon laquelle une peine de coeur (absence du partenaire) influencerait l’état affectif, autrement dit l’humeur, des poissons. Ce qui implique de vérifier d’abord que les poissons peuvent préférer un partenaire plutôt qu’un autre, et ce qui implique aussi de savoir mesurer objectivement leur état affectif, un critère souvent vu comme une mesure très subjective ! Pas facile… Mais pas de panique, nos chercheurs ne manquent pas de ressources.
Etape 1 : le coup de foudre
Chez les cichlidés, et notamment pour les femelles, c’est la taille qui compte ! Quand elle a le choix, madame préfère les grands mâles. Pour s’en convaincre, il suffit de placer une femelle dans un aquarium à trois compartiments séparés d’une grille, avec un mâle de chaque côté. On mesure alors le temps passé par la femelle à proximité de chaque mâle, un bon indicateur de sa préférence. Le choix est souvent plutôt marqué : les femelles passent en moyenne 70% de leur temps à côté de l’heureux élu, et cette préférence se retrouve lorsque le test est répété plusieurs fois.
La femelle est placée au centre et a le choix entre deux mâles placés de chaque côté. Modifié d'après Laubu et al. 2019.
Etape 2 : romance… ou chagrin d’amour
S’apparier avec son mâle préféré conduit-il à un couple qui fonctionne mieux qu'un mariage forcé ? Eh bien oui ! Il suffit de laisser la moitié des femelles rejoindre l’élu de leur coeur, et de… hmm… forcer l’autre moitié à rester avec celui qu’elles n’ont pas choisi. Le résultat est sans appel. Les femelles sont plus investies dans la relation quand elles ont pu choisir leur partenaire : elles pondent plus rapidement, passent plus de temps à surveiller leurs oeufs, ce qui conduit à plus de descendants. Sans compter qu’il y a moins de querelles de couples ! Les démonstrations agressives envers le partenaire sont moins nombreuses. Bref, le couple se porte mieux quand madame peut former un couple avec le mâle de son choix.
En haut : agressivité au sein du couple pour des femelles placées avec leur mâle préféré (en orange) ou avec leur mâle non préféré (en bleu). En bas : succès de reproduction selon le mâle qu'on a laissé à la femelle. Modifié d'après Laubu et al. 2019.
Etape 3 : le bonheur est dans la boîte… ou pas !
Maintenant qu’on sait que les dames cichlidés choisissent un mâle aboutissant à un couple qui fonctionne bien, il s’agit de savoir si la séparation avec l’élu pourrait modifier son état affectif. Pour ça, les chercheurs ont commencé par une tâche étonnante : ils ont pris d’autres femelles (des individus tout frais histoire de pas biaiser les résultats) et leur ont appris... à ouvrir des boîtes ! Des petites boîtes avec un couvercle blanc ou noir, placées à gauche ou à droite de l’aquarium, et qui contenaient ou non une friandise (un ver de vase, rien de plus délicieux). Pour chaque femelle, la combinaison (aléatoire) était toujours la même : par exemple, la boîte blanche était toujours à gauche et contenait toujours la friandise, tandis que la boîte noire, toujours à droite, était vide. Elles ont ainsi appris qu’une des deux boîtes, facilement reconnaissable à sa couleur et sa position, valait le coup de se donner la peine de l’ouvrir, et l’autre non.
Etape 4 : Verre à moitié vide ou à moitié plein ?
Le génie d’apprendre à des poissons à ouvrir des boîtes, c’est que les chercheurs disposent maintenant d’un moyen de mesurer de manière tout à fait objective leur état émotionnel ! Pour savoir si un individu est plutôt dans un bon jour ou un mauvais jour, c’est à dire s’il (ou elle dans notre cas) est d’humeur plutôt optimiste ou pessimiste, il suffit de lui présenter un signal ambigu : une boîte grise, en plein milieu de l’aquarium ! Les optimistes l’ouvriront rapidement en espérant y trouver une friandise, les pessimistes seront bien moins pressés de faire l’effort de dépenser de l’énergie pour une boîte qu’ils imaginent probablement vide.
Pour en revenir à nos femelles, un fois leur apprentissage terminé, on leur propose donc une série de boîtes : d’abord une positive (avec friandise) puis une négative, histoire de leur rafraîchir la mémoire, puis une ambigüe (la fameuse boîte grise), puis encore une positive, une négative, et une positive pour la fin histoire qu’elles restent motivées à la prochaine session de tests. Chaque femelle est testée trois fois : tout d’abord avec une autre femelle de chaque côté, puis un mâle de chaque côté. Ces deux tests permettent de déterminer un état affectif de base des femelles, et le deuxième test permet également à la femelle de choisir un mâle. Lors du dernier test, un des deux mâles est retiré (l’élu de son coeur, ou l’autre). A chaque fois, les chercheurs mesurent le temps que les femelles mettent avant d’ouvrir la boîte. Verdict : les femelles qui ont été privées de leur mâle préféré étaient significativement plus pessimistes : elles mettaient plus de temps à se décider à ouvrir la boîte grise, démontrant un état affectif négatif !
Temps que les femelles mettent à ouvrir les boîtes ambigües selon le contexte (neutre ou en présence du mâle préféré ou du mâle non préféré). Les femelles à qui on a retiré leur mâle préféré (en bleu, à droite) sont plus longues à ouvrir les boîtes que dans les contextes neutres, une mesure interprétée comme du pessimisme ! Modifié d'après Laubu et al. 2019.
Cette étude suggère pour la première fois un attachement émotionnel d’un animal à son partenaire. Elle pose aussi sur la question de la fonction adaptative d’un tel attachement : il pourrait s’agir d’un mécanisme ayant évolué car il permet, comme chez l’humain, de renforcer les liens du couple. Parce que c’est bien connu : il faut qu’ils vécussent heureux pour qu’ils eussent beaucoup d’enfants !
Référence
Laubu C, Louâpre P, Dechaume-Moncharmont F-X. 2019. Pair-bonding influences affective state in a monogamous fish species. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 20190760. http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2019.0760
Un petit coup d’œil à travers la fenêtre et une confirmation : l’hiver et bel et bien installé ! Le paysage est aussi blanc que le ciel. Et malgré la beauté et la féérie de cette image, y’a pas à dire, on a envie de rester bien au chaud. Hé oui, il faut dire que niveau résistance au froid, l’humain n’est pas le mieux pourvu. Dès que la température descend en dessous de 20°C, le pull s’impose. Pourtant, outre les artifices dont nous avons (presque) le monopôle - chauffage, bouilloire et compagnie - la nature dispose de son florilège de tactiques pour lutter contre le froid. Avant de vous proposer un rapide tour d’horizon, une question s’impose : pourquoi le froid est-il mauvais pour certains organismes ?
La température a des conséquences sur de nombreux mécanismes physiologiques. Sa diminution provoque un ralentissement de la plupart des phénomènes, y compris le métabolisme. Ainsi, les guppies, des petits poissons colorés bien connus des aquariophiles et qui vivent habituellement dans un environnement à 23°C, meurent à 10°C à cause d’un trop fort ralentissement de leur centre respiratoire (Pitkow 1960). Les enzymes, indispensables aux réactions chimiques de l’organisme, disposent d’une température optimale de fonctionnement. La température détermine en effet l’intensité de l’agitation moléculaire, elle-même influant notamment sur les vitesses de changements de conformation des protéines ou encore la probabilité de rencontre entre différents composés. Un changement trop important de température peut donc entraîner l’inactivation d’enzymes. De plus, les réactions n’ont pas toutes la même sensibilité aux températures, et il peut donc y avoir accumulation ou disparition de certains intermédiaires du métabolisme. La température peut avoir des effets sur la structure membranaire des cellules, et donc entraîner une modification des interactions des protéines et des lipides. Et puis bien sûr, beaucoup d’organismes ne supportent pas la formation de glace dans leurs tissus.
La thermorégulation chez l’être humain
Vous l’avez tous remarqué : nous même, Homo sapiens, avons une gamme de température dans laquelle nous nous sentons bien. Au-delà, nous avons « trop chaud » ou « trop froid ». Mais avant que la température ne soit sérieusement dangereuse, notre organisme est capable de s’arranger pour que notre température interne reste stable, grâce à ce qu’on appelle la thermorégulation.
En permanence, des récepteurs détectent la température, à la fois au niveau de la peau (thermorécepteurs périphériques) et de la moelle épinière, des organes abdominaux et de l’hypothalamus, dans le cerveau (thermorécepteurs centraux). L’information est ensuite transmise à l’hypothalamus, qui s’occupe de coordonner les actions permettant à notre corps de se réchauffer. L’important étant de garder les organes vitaux au chaud, les récepteurs centraux sont prioritaires mais les récepteurs périphériques permettent d’anticiper les variations de températures avant qu’elles n’atteignent les récepteurs centraux.
Et ensuite ? Et bien vous connaissez les symptômes liés aux basses températures : on claque des dents, on a froid aux doigts et aux orteils, on frissonne… Le frisson se caractérise par des contractions rythmiques des muscles, qui permettent de transformer l’énergie en chaleur. La sensation de froid aux extrémités est due à la vasomotricité (modification du diamètre des vaisseaux sanguins). Ainsi, les vaisseaux situés juste sous la peau se contractent. Le sang y circule moins, ce qui diminue les pertes de chaleur du sang vers l’extérieur. La chaleur de l’organisme reste donc concentrée dans les organes vitaux, quitte à sacrifier les doigts bien moins indispensables !
Alors que la température de notre corps est bien homogène lorsque la température extérieure est douce, elle descend rapidement dans les extrémités (mains et pieds, puis bras et jambes) lorsque la température extérieure baisse. Les centres vitaux de notre organisme (cerveau, cœur, poumons, etc.) restent cependant à bonne température (Source)
Ces mécanismes fonctionnent chez de nombreux organismes, mais beaucoup d’espèces ont leurs propres particularités qui leur permettent, entre autres, de résister aux températures basses. D’ailleurs pour l’homme, une particularité est bien plus évidente que toutes celles que je viens de citer. C’est sa capacité d’innovation, son aptitude à utiliser des outils, qui lui ont permis de coloniser des environnements à priori trop froids sans ces artifices. Vêtements, cabanes, découverte du feu… Et bien sûr à l’heure actuelle tout un tas de machines qui produisent de la chaleur, des procédés qui permettent de mieux la conserver… Imaginez vous seulement, tout petit humain que vous êtes, à poil et sans maison au beau milieu d’une France sauvage… La survie face au froid serait bien pénible !
Les multiples inventions pour résister au froid dans le monde animal
Si les humains ont pu coloniser presque tous les milieux grâce à leurs artifices, les autres animaux en ont fait tout autant, en rivalisant d’adaptations pour survivre sans problèmes dans des environnements qui nous donneraient envie de claquer des dents… On dénombre plusieurs types de propriétés, telles que des adaptations morphologiques, comportementales ou encore physiologiques.
Les adaptations morphologiques sont les plus évidentes parce que les plus visibles. Quand on voit un ours blanc se trémousser tranquillement sur la banquise, on se dit qu’on en ferait tout autant si seulement on avait une fourrure aussi bien fournie que la sienne… L’isolation thermique est en effet très importante pour conserver la chaleur au sein de l’organisme. Cette isolation passe par des couches de graisses, des poils ou encore des plumes. Fourrure et plumage fonctionnent un peu comme vos fenêtres à double vitrage. Si leur épaisseur compte pour isoler la maison, c’est surtout grâce à la couche d’air prisonnière entre les deux vitres que vous devez votre isolation thermique. Celle-ci fonctionne comme un tampon, assurant une certaine inertie thermique. De la même façon, poils et plumes emprisonnent de l’air, et c’est particulièrement cette couche qui permet à l’animal de conserver sa chaleur. Cette isolation peut varier selon les saisons, augmentant avec l’arrivée de l’hiver.
Une autre adaptation morphologique consiste en une réduction des surfaces d’échanges entre l’animal et l’environnement, qui réduit par la même occasion les pertes de chaleur. Cela consiste en une diminution (par rapport à des espèces apparentées vivant dans des milieux plus chauds) du ratio surface/volume, et une réduction des extrémités. On parle de la règle d'Allen. L’animal se rapproche ainsi d’un aspect compact, « en boule », la sphère ayant en effet le plus faible rapport surface/volume. Par exemple, le renard polaire, comparé à ses cousins, dispose d’oreilles bien plus réduites, ainsi que d’un museau relativement court.
En plus d’adaptations morphologiques, les animaux soumis à de basses températures sont également capables de conserver leur chaleur corporelle via des comportements. Ainsi, à l’image des animaux ectothermes (c'est-à-dire qui produisent peu de chaleur via leur métabolisme, et dépendent donc des conditions de température de leur environnement), l’exposition au soleil est une manière simple de faire augmenter la température de son corps. Tout le monde a en tête l’image du serpent ou du lézard se dorant impassiblement au soleil… Des postures individuelles peuvent également permettre de réduire les pertes de chaleur. Ainsi, de la même façon que le renard polaire dispose d’une surface apparente réduite, les animaux peuvent s’arranger pour créer cette propriété, simplement en se roulant en boule. L’orientation du corps par rapport au vent peut également jouer un rôle primordial pour éviter les pertes de chaleur. Et puis bien évidemment, la recherche ou la construction d’abris sont indispensables à de nombreuses espèces, notamment les espèces qui hibernent. Par ailleurs, ces dernières sont fascinantes dans le sens où, bien qu’endothermes (par opposition à nos ectothermes de tout à l’heure, ce sont des espèces qui maintiennent relativement constante leur température grâce à une production interne de chaleur, nous en faisons d’ailleurs partie), elles sont capables de survivre, lors de l’hibernation, à une baisse drastique de leur température interne. A tel point que ces animaux sont parfois classés dans la catégorie des hétérothermes, une sorte d’intermédiaire entre endothermes et ectothermes. Cette baisse de température est compensée par une intense diminution du métabolisme. Chez le Spermophile arctique (Spermophilus parryii), un petit écureuil, la fréquence cardiaque passe de près de 400 pulsations par minutes en éveil à une soixantaine en hibernation.
Après un réveil forcé, le Spermophile arctique (Spermophilus parryii) entre de nouveau en hibernation. On observe alors une baisse de sa fréquence cardiaque en parallèle de la diminution de sa température interne. (Source)
Dans la catégorie « comportements », on peut également classer la migration. De nombreux oiseaux sont ainsi connus pour rejoindre des contrées plus chaudes quand l’hiver arrive… Bien souvent cependant, il apparait que le paramètre important n’est pas la température elle-même (certains oiseaux survivraient tout à fait aux températures hivernales), mais plutôt les ressources en nourriture. Les animaux se nourrissant d’insectes, qui deviennent indisponibles dès l’arrivée de l’hiver, ont en effet beaucoup de mal à subvenir à leurs besoins énergétiques. Bon là je suis obligée de parler de mon sujet d’études préféré… le flamant rose (Phoenicopterus roseus) ! J’avais consacré un article à vous parler de leurs bizarreries multiples. Une partie de la population vit et se reproduit en France en été. L’automne venu, certains oiseaux partent vers le sud tandis que d’autres restent en France. Le sud est une promesse d’abondance, mais également la perspective d’un voyage périlleux au cours duquel beaucoup y laisseront la vie. La France recèle de plus en plus de ressources pour eux, mais ils n’y sont pas non plus à l’abri. Cette année par exemple, le froid a été tel que beaucoup de flamants sont morts… de faim (vous pouvez me croire, j’ai étudié leurs cadavres pendant des mois !). Leurs ressources de nourriture étaient simplement prisonnières de la glace. Les quelques centaines d’oiseaux qui sont restés cantonnés dans un petit étang au cœur d’un parc ornithologique ont eu la chance d’être nourris par l’homme, et ont tout à fait résisté au froid. Par ailleurs, je serais curieuse de connaître les effectifs des oiseaux qui ont migré cet automne ! Il se pourrait bien que beaucoup aient changé d’avis quant à leur décision de rester, compte tenu du fiasco de l’année passée…
Pour terminer ce tour d’horizon des comportements pour résister au froid, j’aimerais citer deux espèces aux mœurs assez spécifiques. D’une part, le fameux manchot empereur (Aptenodytes forsteri), qui vit dans des pays où tout est tout blanc partout. Son histoire a été largement diffusée grâce à un film-documentaire d’une grande poésie, La marche de l’empereur. J’avoue que ça me démange de radoter la différence entre un manchot et un pingouin, de huer tous les créateurs de dessin animés qui nous apprennent dès l’enfance à appeler pingouin les manchots… mais bon après tout ce n’est pas le sujet, et puis y’a une super planche de BD qui y est consacrée sur Mégatherium. Dans le film-documentaire comme je disais, on y voit les manchots plongés dans une tempête de neige atroce et les braves bêtes qui lutent contre ce froid et ce vent sans pitié. Ils ont une parade assez efficace : ils se regroupent, se serrent les uns aux autres le plus possible. Cette formation « en tortue » (oui oui, comme les légionnaires dans Astérix et Obélix !) permet un maintien de la chaleur grâce à une diminution des surfaces d’échanges avec l’environnement. Chaque individu étant de tous les côtés collé aux autres, qui ont à priori une température proche de son propre plumage, le froid ne les pénètre que par le haut (bin oui, ils ne vont pas non plus s’entasser…). Attention aux interprétations anthropomorphiques et à la tentation d’invoquer la sélection de groupe… Malgré une unité et une coopération apparente, chaque individu prend cette position pour sauver sa propre peau, et non pour protéger les autres comme le laisse entendre le film Happy feet (un film d’animation qui raconte l’histoire d’un pauvre petit manchot qui ne sait pas chanter…). Lorsque le blizzard déferle subitement sur la colonie, le chef se met en effet à crier « Share the cold! Share the cold. Each must take his turn against the icy blast... » (« partagez le froid ! partagez le froid ! Chacun doit prendre son tour contre le souffle de glace »). Il est vrai qu’il a été mis en évidence que ce ne sont pas toujours les mêmes individus qui se retrouvent à l’extérieur de la tortue, et donc sont les plus exposés au froid. Il y a une rotation, et un individu se retrouvera tantôt au centre, tantôt en bordure du groupe. Cependant, il semble peu probable qu’un individu bien au chaud au milieu décide de céder gracieusement sa place à un pauvre manchot mort de froid qui ne lui est probablement même pas apparenté. Il apparaît plutôt que les manchots vont simplement réagir au vent, et les plus exposés finiront par en avoir marre et iront se placer de l’autre côté de la formation, exposant ainsi les manchots qu’ils protégeaient auparavant…
Dernier exemple pour les comportements de lutte contre le froid, juste parce que quand même y’en a qui ont trouvé la solution miracle en s’offrant plaisir et détente de surcroît : petit détour chez les macaques japonais (Macaca fuscata). Ce macaque est le plus nordique de tous les primates, ce qui l’oblige à résister à des températures souvent négatives. Il est évidemment doté de particularités facilitant cette vie dans le froid, notamment une belle fourrure bien épaisse. Mais ces singes ont dégotés une source de chaleur de substitution qui n’a rien à envier aux inventions humaines : ils se réchauffent en se baignant dans des sources thermales naturelles, des bains dont la chaleur a une origine volcanique. D’ailleurs, si vous avez déjà eu l’occasion de visionner un reportage sur ces animaux, vous avez peut être été marqués par leur manque de courtoisie. Leur système social fonctionne, comme souvent chez les macaques, sur une hiérarchie bien déterminée. Seuls les dominants, ainsi que leurs petits, ont le droit de paresser tranquillement dans le bain de chaleur bienfaisante. Les autres, quand bien même issus de la même troupe, sont recalés transis sur les bords, profitant à peine des quelques effluves de chaleur de la source. Qu’ils essaient de prendre la place des dominants, et ils se feront sévèrement réprimandés. C’est que les dominants n’aiment pas être sérés dans leur bain…
Des macaques japonais (Macaca fuscata) se prélassent dans une source d’eau chaude. (Sources 1, 2)
Dernier grand type d’adaptations au froid que je veux vous évoquer, mais loin d’être le moindre : les adaptations d’ordre physio-anatomique. J’en avais évoqué deux au début de l’article, concernant l’être humain : frisson et vasomotricité. Il existe bien d’autres particularités, plus au moins répandues au sein du règne animal. Tout d’abord, les propriétés morphologiques permettant d’isoler l’animal, telles que les plumes ou les poils notamment, peuvent être améliorée par un phénomène de piloérection. Cela signifie que les structures, poils et plumes, vont se redresser. Chez l’humain, on parle de chair de poule. Cependant, poilus comme nous sommes, le résultat est assez décevant… Mais chez certains animaux, c’est un phénomène qui permet de conserver leur chaleur corporelle, en améliorant le système dont je vous avais parlé plus haut : des poils dressés permettent simplement l’emprisonnement d’une plus importante couche d’air.
Comme beaucoup d’oiseaux, le bruant à gorge blanche (Zonotrichia albicollis) est capable d’hérisser ses plumes pour augmenter la couche d’air qu’elles emprisonnent (Sources 1, 2)
En dessous de la peau, les vaisseaux sanguins s’adaptent aussi à la température extérieure, notamment grâce à cette vasoconstriction des vaisseaux les plus externes dont je vous avais parlé chez l’humain. Mais ce n’est pas la seule particularité des vaisseaux. Une disposition particulière permet de faire des miracles quand il s’agit de sauvegarder la chaleur corporelle. Quand j’ai évoqué les manchots, j’ai dit que la formation en tortue permettait que seul le haut de leur corps soit exposé au froid. Ce n’est pas tout à fait vrai. Qu’ils soient en formation ou chacun dans leur coin, les manchots ont toujours un point de contact indéniable avec le froid, simplement au niveau de leurs pattes ! Bin oui, de toute façon ils ne savent pas voler et au pôle sud ce n’est certainement pas dans les arbres qu’ils vont se réfugier… Ces oiseaux sont donc constamment debout sur de la glace, et donc à priori ils devraient progressivement évacuer toute leur chaleur par le bas. Mais c’est sans compter la disposition de leurs vaisseaux. Vous avez tous remarqué que la chaleur se transmet. Autrement dit, posez un objet froid conte un objet chaud et il se réchauffera. Ainsi, dans les pattes de nombreux animaux, ainsi que dans d’autres structures évidemment, veines et artères sont accolées. Si bien que quand le sang chaud descend vers l’extrémité des pattes, il est au contact du sang refroidit qui lui remonte. Ce contact fait que la chaleur du sang des artères se transmet dans les veines, réchauffant progressivement le sang qui remonte dans le corps de l’animal. Un système on ne peut plus simple qui aboutit à un gradient de chaleur du corps vers les extrémités.
A gauche, une patte de manchot empereur. A droite, système d’échange de chaleur en U dont disposent, dans leurs extrémités, des animaux exposés au froid
Les organismes constamment exposés au froid ont également des adaptations d’ordre moléculaire. Ainsi, ils disposent d’enzymes adaptées, dont l’activité est assurée à de basses températures. Si les organismes ne sont exposés que périodiquement au froid, le métabolisme peut s’adapter en diminuant. J’en ai parlé plus haut avec l’hibernation. Les mammifères hibernant ont d’autres adaptations physiologiques leur permettant de résister au froid, et notamment une importante proportion de « graisse brune ». Ce tissu adipeux particulier, présent chez beaucoup de petits mammifères et augmentant avec l’arrivée du froid, dispose d’un rôle thermogénétique. Autrement dit, il sert à produire de la chaleur via une oxydation des acides gras qu’il contient par les mitochondries. Je ne rentre pas plus dans les détails, mais les curieux peuvent aller jeter un coup d’œil sur le blog de JP Colin.
Disposition des principaux amas de graisse brune chez les petits mammifères hibernant
Et pour les températures négatives ?
Saviez-vous qu’en certaines parties du globe, l’eau des océans est inférieure à 0°C ? Et que malgré cette température, des animaux y survivent ? Petit point d’abord sur les différents états de l’eau. Comme on vous l’a appris à l’école, l’eau bout à peu près à 100°C et gèle en dessous de 0°C (je dis à peu près car cela dépend également de la pression atmosphérique). Pas de problème jusque là, ce sont même ces propriétés qui ont permis de créer l’échelle des degrés Centigrades, très proche de l’échelle des degrés Celsius (hé bien oui, à pression standard, l’eau bout précisément à 100 degré Centigrades mais à seulement 99,975 degré Celsius !). Cependant, vous savez aussi sans doute qu’en mettant un peu de sel dans l’eau des pâtes, ça cuit plus vite ! La belle aubaine. Comment ? En augmentant le point d’ébullition. Concrètement, de l’eau plus concentrée (ici en sel) est à une température plus élevée quand elle se met à bouillir, accélérant le processus de cuisson (en fait, le phénomène est quasi insignifiant sur le temps de cuisson). C’est également le même principe mais en sens inverse lorsqu’on répand du sel sur les routes en hiver : l’eau, dont le point de congélation est alors abaissé, se transforme en glace à une température plus basse que 0°C. Tout ça pour dire quoi ? Ha oui, que l’eau de mer étant salée, il n’est pas étonnant qu’elle puisse descendre en dessous de 0°C sans geler ! Des créatures aquatiques (appelons les « poissons » pour la compréhension générale de tout un chacun…) peuplent donc ces milieux frigorifiques, et ils ont tout intérêt, eux, à ne pas geler ! Ils disposent alors de protéines spéciales, qui leur permettent d’abaisser leur point de congélation : des glycoprotéines antigel. Ces protéines fonctionnement en empêchant la fixation de molécules d’eau sur des cristaux en formation.
D’autres animaux en revanche sont tout simplement capable de supporter le gel. Par exemples, les organismes qui vivent dans la zone de balancement des marées sont dans l’eau à marée haute mais se retrouvent exposés à l’air à marée basse, à des températures qui peuvent être fortement négatives. A ce stade, l’eau de leur corps peut être gelée à 90%. Et comme seulement l’eau gèle, et non les particules qui y sont dissoutes, le milieu interne non encore gelé est de plus en plus concentré, ce qui empêche une partie de geler (la même histoire que le sel juste au dessus). La protection des membranes cellulaires peut être assurée par des composés, tel que le glycérol, présent en forte concentration chez certains insectes et qui permet également d’abaisser le point de congélation.
Pour les curieux et courageux qui auront eu le courage d’aller jusqu’au bout de cet article, je termine en parlant d’un champion toutes catégories qui est aussi une de mes bébêtes préférées : le tardigrade. Cette minuscule bestiole, surnommée « ourson d’eau » en raison de son apparence, cumule les titres en matière de survie : résistance aux radiations, à la déshydratation, aux produits toxiques, et même au vide intersidéral ! Hé bien oui, lâchés dans l’espace, beaucoup survivent ! Ces bestioles sont aussi capables d’être actifs à des températures très négatives (allez donc leur faire un petit coucou au Groenland !), mais aussi de survivre à une température proche… du zéro absolu (Persson et al. 2011), soit -273,15 °C ou autrement dit, la plus basse température qui puisse exister dans l’univers ! Si après ça vous ne vous sentez pas ridicule question résistance au froid…
Un tardigrade, petit animal qui peut se targuer de résister à bien des situations extrêmes. (Source)
Bibliographie
Geiser, F. 2004. Metabolic rate and body temperature reduction during hibernation and daily torpor. Annual Review of Physiology, 66, 239-74.
Persson, D., Halberg, K.A., Jørgensen, A., Ricci, C., Møbjerg, N. & Kristensen, R.M. 2011. Extreme stress tolerance in tardigrades: surviving space conditions in low. Journal of zoological systematic and evolutionary research, 49, 90-97.
Pitkow, R.B. 1960. Cold Death in the Guppy. Biological Bulletin, 119(2), 231-245.
Dessin d'un rhinograde, d'après la publication originale (Stümpke, 1961) [Source]
L'une des rares photos d'un rhinograde dans son habitat naturel [Source]
Les Rhinogrades sont un groupe d'animaux ayant pour particularité de se déplacer à l'aide de leur nez.
Contrairement
à une idée répandue, les Rhinogrades ne sont pas des mammifères. Ils
n'ont pas de poils et n'allaitent pas leurs petits. Les pseudo-poils des
Rhinogrades sont en réalité composés d'os lamellaire, comme les
écailles des carpes ou des soles. Ils sont recouverts de kératine, comme
nos cheveux ou nos ongles... ou même les fanons des baleines !
D'un point de vue phylogénétique, les Rhinogrades appartiennent en
réalité au groupe des Pleuronectiformes, comme les soles, les limandes
ou les turbots. L'intérieur de leur corps est fait d'arêtes osseuses.
Comme tous les Pleuronectiformes, les Rhinogrades se métamorphosent
en passant à l'âge adulte. Bébés, ils ont les formes des "poissons"
comme on se les imagine souvent : corps ovoïde, yeux de chaque côté du
corps, disposition des nageoires...
A l'âge adulte, les Pleuronectiformes se métamorphosent : les yeux
migrent du même côté; une face devient le bas, l'autre le haut. Le fait
que le haut du corps soit la face droite ou gauche dépend des espèces :
le côté droit devient le haut chez la sole commune (Solea solea), tandis
que c'est le côté gauche chez le turbot (Scophthalmus maximus).
Chez les Rhinogrades, Pleuronectiformes hautement dérivés, c'est le
nez qui se métamorphose principalement lors du passage à l'âge adulte.
De nombreuses zones d'ombre subsistent, mais l'on sait qu'un gène
inédit, la Primapriline, intervient dans la migration du nez des
Rhinogrades. Ces animaux, comme les grenouilles ou les crapauds, sont
ainsi purement aquatiques à la naissance, et terrestres à l'âge adulte.
Sachez que les Rhinogrades sont actuellement mis à l'honneur par une exposition temporaire à la Grande Galerie de l'Evolution, au Muséum national d'Histoire naturelle de Paris.
Voici un super reportage de Guillaume Lecointre (directeur du département Systématique
et Evolution du Muséum) et Franz Jullien (taxidermiste et responsable de la collection de
Rhinogrades du Muséum) :
N'hésitez pas à aller voir :
Labat & Sigissui 2009 : description de 3 nouvelles espèces de Rhinogrades, provenant de l'île Santo (Pacifique)
Stümpke, Harald 1961 : Bau und Leben der Rhinogradentia. 1. Auflage, 83 S., Stuttgart: Gustav Fischer Verlag, 1961 : la publication originale par le Dr. Harald Stümpke (université de Karlsruhe)
La convergence évolutive est présente partout ! JP Colin a lui aussi publié (sans que l'on ne se concerte) aujourd'hui un article sur ce groupe saisissant : Le Nasoperforateur de Bouffon
Article signé Micropangolin (auteur invitée)
Cela n'aura sans doute pas échappé à votre attention, ces rhinogrades sentent méchamment le truc-qui-n'existe-pas du premier avril ! Si notre hypothèse sur leur position systématique est complètement nouvelle, les rhinogrades eux-mêmes sont un vrai canular, célèbre dans l'histoire des sciences (et le livre de Stümpke, un faux nom, existe réellement et a même été traduit en français). L'exposition au MNHN aussi est réelle, n'hésitez pas à aller y jeter un coup d'oeil !
Si je vous dis que je vais vous raconter une histoire de pigeons, avec Darwin comme héros, la sélection comme énigme et la couleur comme indice... Vous ne comprenez rien à ce que je veux dire? Alors lisez ce qui suit.
Un jour Darwin nous a parlé de pigeons…
Quand le célébrissime Charles Darwin nous a parlé de pigeons dans son oeuvre “On the origin of species”, c’était pour nous expliquer les nuances qu’il faut comprendre entre les notions de race et d’espèce. Il s’est intéressé au pigeon car cet animal a subi une sélection artificielle de longue date et son histoire est donc assez bien connue au travers de nombreux traités et écrits dans toutes les langues. Les pigeons étant des animaux domestiqués à la perfection, il mit en place son propre élevage avec le plus grands nombres de types de pigeon qu’il a pu rassembler à travers le monde (il n’a jamais confié le nombre exact dans son fameux ouvrage!). En guise de support empirique à ses hypothèses, il effectua une multitude des croisements. La question centrale qu’il se posait? Est-ce que toutes les variétés de pigeons qu’il avait pu réunir constituaient-elles des races différentes d’une même espèce ou alors étaient-elles issus de plusieurs espèces?
Ses observations ont fait état d’un nombre assez important de caractères profondément différents entre les variétés de pigeon: taille et forme du bec, largeur de la caroncule (petite excroissance charnue qui recouvre la base du bec), longueur du tarse, largeur de certains os, taille des plumes, présence de plumes aux pattes (oui oui, y’a des pigeons qui ont des plumes vraiment partout), etc.
La caroncule sur le bec du pigeon
Quand notre grand Charles a fait la liste de tous ces caractères, il a cru bon penser que des espèces différentes étaient à l’origine des spécimens qu’il avait devant les yeux. Qui n’aurait pas fait la même chose!
Mais il n’en était pas à ses premières réflexions sur le sujet et la question le titillait. Il choisit un caractère d’étude particulier, la couleur, et il décida d’entreprendre des croisements afin d’affiner la réponse à sa question.
Et finalement... Vous voulez savoir à quelle conclusion il en est arrivé? Un peu de patience, vous le saurez bientôt… Enfin si vous lisez cet article jusqu’au bout!
Une sélection? Oui mais par les Hommes!
Les pigeons sauvages ont été depuis des millénaires domestiqués pour tout un tas de raison, économiques, sociales, culturelles, et culinaires!!!!
Une des fonctions du pigeon est celle du messager. On a tous entendu parler des fameux pigeons voyageurs. Et bien, certaines variétés de pigeons ont été spécifiquement élevés dans cette optique et ont été beaucoup utilisés et efficaces en temps de guerre.
Pline indiquait que les romains payaient les pigeons un prix considérable selon leur généalogie et leur provenance pour s’en servir ensuite comme monnaie d’échange.
Le pigeon faisait aussi office de cadeau entre les pays, comme l’Iran ou le Touran qui faisaient parvenir des oiseaux très rares à l’Inde il y a quelques siècles.
Du temps de la 4ème dynastie égyptienne, il y a plus de 3000 ans avant notre ère, le pigeon était déjà inscrit au menu. Et malgré sa disparition de nos tables pendant quelques années à cause de l’image de saleté et vecteur de maladie qu’on lui collait (je vous rassure il n’y a aucun risque à manger du pigeon d’élevage), la culture culinaire du pigeon ne s’est pas perdue depuis les temps anciens puisque de nos jours encore, il constitue un met couramment dégusté.
De nos jours, en France, le pigeon est élevé d’une part pour des raisons culinaires, mais aussi pour de la compétition. En effet, des concours de pigeons voyageurs sont fréquemment organisés. Ces pigeons, bagués, subissent des entrainements de longues haleines comme vous pouvez vous en douter. Ce sont des sportifs avant tout !
Ainsi quelque soit la raison qui a poussé les hommes à mettre en place des élevages, ils ont, dans un objectif de rendement, d’amélioration de la qualité, ou encore de choix de caractères particuliers, exercé une sélection forte sur les populations de pigeons depuis des millénaires et dans nombreux pays du monde. Et selon le but de la sélection, des caractères différents pouvaient être sélectionnés artificiellement sur plusieurs générations, jusqu’à obtenir des individus proches de la perfection (la perfection est toute relative!).
Les couleurs ne se discutent pas…
Comme Darwin s’est intéressé au critère de la couleur, je vous propose de passer en revue les pigeons qu’on peut croiser de nos jours à Paris et d’en noter les couleurs…
Comme vous pouvez le voir sur ces photos, il y a des pigeons de couleurs très différentes… et encore ces photos ne sont pas réellement représentatives de la diversité de ce qu’on peut voir au détour d’une rue. Sur la place de la Contre Escarpe par exemple, devant Notre-Dame, ou encore, sur les toits de l’université de Jussieu !
Au milieu de toute cette diversité de motifs, on arrive à établir un classement approximatif mais qui sert néanmoins de base aux scientifiques qui étudient les pigeons.
Tout d’abord, il y a les pigeons tout blancs! Ceux là ne sont pas si fréquents que ça à Paris mais il est possible d’en observer si on fait bien attention. Les pigeons blancs sont assimilés aux colombes, symbole universel de paix. Il parait qu’il y a une région en Amérique du Sud, au Pérou il me semble, où la plupart des pigeons sont blancs. Et Nicobola m’a confié qu’ils sont aussi assez fréquents à Göteborg, en Suède. L’exact inverse de Paris et de Londres !
Après les pigeons blancs, il y a les pigeons gris clairs, qui ont deux barres noires/bleues à l’extrémité des ailes. Vous n’avez pas l’impression que ces pigeons là sont les plus fréquemment observes (ne serait-ce que sur les photos ci-dessus)? Encore un peu de patience et vous comprendrez pourquoi…
Ensuite, on trouve des pigeons gris tachetés avec du noir. Mais on voit aussi des pigeons noirs tachetés avec du gris. Quelle différence me direz-vous? Et bien la proportion de chaque couleur voyons! Les seconds donnent l’impression d’être plus foncés de ce fait. Dans les deux cas, les tâches forment un peu comme un damier sur la robe du pigeon.
Enfin, on a les pigeons …. Noirs ! Tout noir, de la tête à la pointe de la queue ! Ceux là sont facilement reconnaissables.
Un beau dégradé du blanc au noir...
Malgré les catégories que je viens de vous citer, il ne faut pas avoir l’esprit trop fermé, car la Nature est très originale et alors on trouve tous les intermédiaires possibles. Parfois même, un pigeon tout noir aura une ou deux plumes blanches sur chaque aile ou encore un pigeon tout blanc pourra avoir la tête toute noire !
Et un autre détail qu’il ne faut pas oublier…. Les nuances que je vous ai cité existent aussi dans les tons roux ! D’un roux plutôt blanc à un roux tout foncé en passant par les échiquiers blanc-roux et roux-blanc (regardez donc là dessous comme ils sont beaux).
Pour ceux qui se poseraient la question... Les couleurs chez les pigeons sont dues à des pigments particuliers qu'on appelle la mélanine. Cette molécule est la même que celle qui pigmente notre peau et notre poil. Il en existe deux types: l'eumélanine, qui est à l'origine de la couleur noire/brune, et la phéomélanine, qui est contenue dans la cellule et de la quantité de pigment total contenue, d'où la gamme de nuance de couleur de pigeon qu'on retrouve dans la Nature.
Alors … une ou plusieurs espèces ?
Trêves de suspens, il faut que je vous dise tout maintenant !
Darwin, suite à de longues réflexions et expérimentations en est arrivé à la conclusion que toutes les variétés de pigeons étaient différente races, mais de la même espèce. Ses arguments ? Et bien les voilà :
- Il aurait été difficile pour les hommes de domestiquer 7 ou 8 espèces différentes et de les faire se reproduire librement
- La domestication remonte à des temps anciens et dans des régions très variées et la sélection de caractères a eu le temps d’opérer de diverses façons sur l’espèce
- Ces espèces supposées ne sont connues nulle part à l’état sauvage et les espèces domestiques ne semblent jamais être revenues à l’état sauvage
- Les variétés présentent des « caractères très anormaux » par rapport aux autres espèces de colombidés mais en revanche elles présentent beaucoup de points communs avec les pigeons bisets
- Les couleurs bleues et les marques noires réapparaissent dans toutes les variétés qu’on les conserve pures ou qu’on les croise
Ainsi, l’ensemble des variétés de pigeons seraient, selon Darwin, issus du pigeon biset, Columba livia à robe grise avec 2 barres bleues/noires à l’extrémité basse des ailes. Je vous en ai parlé tout à l’heure en vous décrivant les différentes couleurs de pigeon qu’on voyait à Paris. Effectivement un grand nombre des oiseaux qu’on voit tous les jours ressemblent comme deux gouttes d’eau au pigeon biset sauvage, alors qu’ils sont en fait des pigeons domestiqués. Le pigeon biset sauvage nicherait au bord des précipices (est-ce que ça n’aurait pas un lien avec leur aisance à voltiger entre les grands immeubles qu’on trouve en ville? A cogiter !) et serait doué d’un vol puissant. Il se pourrait que certains oiseaux sauvages persistent encore sur les côtes de la Méditerranée.
Voilà un pigeon qui aurait les caractéristiques du pigeon biset sauvage!
Différentes couleurs... Et alors?
Maintenant qu’on sait que tous ces piafs sont de la même espèce et pourquoi il y en a de différentes couleurs, je suis sûre que vous voulez savoir ce que ça change pour un pigeon d’être noir, gris, blanc, ou roux. Les chercheurs émettent beaucoup d’hypothèses à l’heure actuelle et sont en train de les vérifier une à une. Je vais vous présenter certaines de ces hypothèses :
-Selon la couleur, un pigeon ne serait pas attaqué de la même façon par les parasites. En effet, les observations montre que plus un pigeon est foncé et plus il porterait de parasite dans ces plumes. Mais ça n’affecterait pas son état de santé pour autant. On pourrait penser que c’est parce qu’il est plus résistant que les pigeons clairs, non ?! Vous vous demandez pourquoi les pigeons noirs sont plus parasités? Peut-être parce qu’ils fréquentent des lieux où les parasites sont plus denses, il s’agirait donc d’une différence de comportement entre les oiseaux clairs et sombres... La question reste à éclaircir!
-Les pigeons de couleur sombre seraient plus gros! Les chercheurs pensent que soit ils arriveraient à mieux se nourrir que les pigeons clairs (ils passent plus de temps à chercher à manger, ou alors c’est qu’ils ont une force de persuasion plus forte face aux petits moineaux dans la lutte pour les miettes de pain!), soit ils alloueraient la plus grande partie de l’énergie acquise par l’alimentation dans la croissance.
-Les pigeons les plus foncés semblent stocker plus de métaux lourds dans leurs plumes. Les chercheurs pensent qu’il y aurait un rapport avec les pigments présents dans leurs plumes (la mélanine est une molécule qui a beaucoup d’affinité pour certains métaux lourds) et peut-être aussi avec leur meilleur capacité à se nourrir (c’est logique que s’ils mangent plus, ils ingèrent plus de cochonnerie aussi!)
-Des études menées aux Etats-Unis ont montré que les pigeons qui avaient des plumes blanches étaient beaucoup plus soumis à leur prédateur naturel en milieu urbain que ceux qui étaient entièrement colorés. Une des hypothèses est qu’un plumage sombre permet de mieux se camoufler au milieu de la grisaille de la ville que les plumes blanches.
-Théoriquement, le taux de reproduction des mâles foncés devrait être plus important que celui des mâles blancs car le processus de production de la mélanine implique la production d’une hormone mâle, la testostérone. Cette hormone est connue pour son rôle dans la reproduction.
J’espère que maintenant, quand vous prendrez quelqu’un pour un pigeon, vous y réfléchirez à deux fois et surtout vous n’oublierez pas de penser à sa couleur ;)
- Deux extraits d’une vidéo sur les pigeons à Paris proposé par Natural Movement et Anne Caroline Prévot Julliard (chercheur du Muséum National d’Histoire Naturelle) :
-Johnson et Janiga (1995), The feral Pigeon, Oxford University Press
-Ducrest, Keller, Roulin (2008) Pleiotropy in the melanocortin system, coloration and behavioural syndromes, Trends in Ecology and Evolution, 23/9: 502-510.
-Karimi (2010) rapport de stage au laboratoire Ecologie et Evolution
-Jacquin, Lenouvel, Haussy, Ducatez, Gasparini (2011) Melanin-based coloration is related to parasite intensity and cellular immune response in an urban free living bird: the feral pigeon Columba livia, Journal of Avian Biology, 42/1:11-15.
