LES MAMMIFERES MARINS

LES MAMMIFERES MARINS
Etude 2007
Partie 2
Martine BRUNET
Nicolas BABLON
1
1.1 LA CIRCULATION SANGUINE
Pour répondre à la demande élevée en oxygène de l’organisme, le dauphin possède
proportionnellement à l’homme un plus grand volume de sang. De plus, les globules rouges
sont plus abondants et contiennent plus d’hémoglobine que ceux des humains. Tout cela reste
cependant insuffisant pour combler les besoins du dauphin.
Tous les cétacés peuvent également réduire considérablement leur rythme cardiaque
pendant l’immersion. La circulation sanguine est contrôlée et redistribuée vers les organes
essentiels (ex : le cœur et le cerveau).
On note aussi une différence au niveau des réseaux artériels: il existe des « réseaux
admirables » correspondant à la présence de plusieurs filets de vaisseaux (retia mirabilia)
Ces filets de minuscules vaisseaux protègent les organes vitaux de la pression de l'eau et
capturent probablement les bulles d'azote qui se forment lorsque le dauphin plonge en eaux
profondes.
Thermorégulation à 37°C sous l'eau
Pour un mammifère qui vit en grande partie dans l'eau, un élément qui conduit la chaleur 25
fois plus vite que l'air, maintenir une température corporelle à environ 37oC (comme tout bon
mammifère) représente un grand défi. Il y a bien sûr l'épaisse couche de graisse sous leur
peau qui isole leurs organes internes du milieu ambiant qui est souvent très froid. Cette
couche peut atteindre une cinquantaine de centimètres chez les grandes baleines. En plus
de la graisse, les pinnipèdes (phoques et otaries) et les loutres de mer peuvent compter sur
une épaisse fourrure pour conserver leur chaleur.
Les adaptations les plus extraordinaires chez les mammifères marins pour maintenir leur
température corporelle sont sans doute les adaptations vasculaires. Ces adaptations
contrôlent les pertes de chaleur en agissant sur la circulation du sang. Un admirable réseau
pour récupérer la chaleur : le retia mirabilia.
Le retia mirabilia, mot latin pour « réseau admirable », est un système d'échange de chaleur
à contre-courant. Ces réseaux se retrouvent principalement dans les régions peu isolées
comme les nageoires pectorales, dorsales et caudales des cétacés, les pattes des pinnipèdes
et la nageoire caudale des siréniens. Ils sont formés d'artères, chacune entourée de plusieurs
veines. Comment ça fonctionne? Comme ces appareils domestiques qui combinent échange
d'air et récupération de chaleur. La chaleur du sang des artères (qui part des organes internes
et se dirige vers les extrémités) est récupérée par le sang des veines (qui part des extrémités
et se dirige vers les organes internes). De cette façon, le sang qui atteint les capillaires à la
surface du corps est déjà refroidi, limitant les pertes de chaleur du corps vers l'environnement.
Parallèlement, le sang qui revient des capillaires de la surface du corps et qui atteint les
organes est réchauffé et risque moins d'abaisser la température interne du corps. Ces réseaux
admirables peuvent aussi jouer le rôle inverse et évacuer le surplus de chaleur. En se dilatant,
l'artère centrale écrase les veines qui l'entourent, ce qui limite le flux de sang dans ces veines
et par conséquent l'échange de chaleur. Le sang artériel qui atteint les capillaires est donc
encore chaud et perd de sa chaleur vers l'environnement. Quant au sang qui retourne vers les
organes, il emprunte des veines à l'écart des réseaux admirables et se réchauffe moins avant
d'atteindre les organes.
Le rete mirabile sert non seulement à contrôler les pertes de chaleur par la peau, mais aussi à
réguler la température interne de certains organes. Par exemple, des réseaux admirables
localisés dans les nageoires dorsales et caudales permettent de maintenir les testicules des
mammifères marins à une température 1oC inférieure à la température du corps, sans quoi
des spermatozoïdes mal formés ou non-fonctionnels peuvent être produits. Dans le même
ordre d'idée, des réseaux admirables situés sur l'abdomen permettent d'évacuer l'excès de
chaleur produit par le fœtus d'une femelle gravide. Celui-ci est très sensible aux conditions de
températures élevées. Des ponts sous la peau pour détourner le sang
Retia mirabilia
Les anastomoses artério-veineuses sont des « ponts » connectant une artère à une veine.
Elles sont situées dans la couche de graisse et permettent de faire passer le sang directement
de l'artère à la veine, sans passer par les capillaires situés à la surface de la peau. En
contournant les capillaires par ces ponts, la circulation sanguine de la peau est diminuée, la
couche de graisse joue son rôle d'isolant au maximum, et les pertes de chaleur sont minimes.
À l'opposé, pour évacuer de la chaleur lors des activités physiques intenses, les mammifères
marins peuvent « contourner les ponts », et augmenter la circulation sanguine dans les
capillaires de la peau. C'est ce qui explique la coloration rosée du ventre normalement blanc
d'un petit rorqual en alimentation : le sang afflue à la surface de la peau, histoire de lui éviter le
coup de chaleur! Des comportements pour contrôler la température du corps.
En plus de la graisse, de la fourrure et des adaptations vasculaires, les mammifères marins,
surtout les pinnipèdes et les loutres de mer, peuvent adapter leurs comportements pour
réguler leur température corporelle. Par exemple, les otaries et les loutres nagent sur le dos,
les pattes exposées au soleil pour capter la chaleur et ainsi réchauffer cette partie du corps qui
n'est pas très bien isolée. Sur la plage, les phoques et les otaries changent leur position pour
rester sur la surface mouillée par la marée et ainsi se garder au frais ou encore ils se trouvent
un petit coin ombragé pour se protéger des rayons du soleil. Les pinnipèdes vont aussi utiliser
l'eau pour se refroidir ou se réchauffer : les espèces tropicales regagnent l'océan lorsqu'il fait
trop chaud alors que les espèces arctiques font de même lorsqu'il fait trop froid !
1.2 LE SYSTEME DIGESTIF
Les cétacés sont des prédateurs accomplis. Ils bénéficient de l'extrême richesse du
milieu marin en ressources alimentaires. Les cétacés ont des techniques de chasse et des
proies très variées. Chacun a sa méthode.
Comme leur nom l'indique, les odontocètes sont des cétacés à dents, c'est une
caractéristique qui dénote leur nature de prédateurs. Alors que les archéocètes omnivores
possédaient des dents différenciées (hétérodontes), les odontocètes sont armés de dents de
forme identique (homodontes). Ce sont des dents définitives, ils n'ont pas de dents de lait.
Dentition
Les odontocètes sont armés de dents de forme identique (homodontes). Ce sont des dents
définitives, ils n'ont pas de dents de lait. Cependant, les odontocètes ne mâchent pas leurs
proies, les dents servent donc uniquement à retenir les proies ou à en arracher des morceaux.
Le nombre de dents varie en fonction du régime alimentaire des animaux. Ainsi, les espèces
teutophages, qui se nourrissent de céphalopodes (calamars, seiches, poulpes) possèdent
moins de dents que les ichtyophages qui consomment essentiellement du poisson. Le grand
dauphin possède un nombre élevé de dents pouvant aller de 18 à 26 par demi mâchoire. Le
sténelle à long bec détient le record avec 46 à 65 dents par demi mâchoire.
La palme de l'originalité revient sans conteste au narval mâle (Monodon monoceros)
dont la mâchoire supérieure ne possède que deux dents! Celle de droite mesure 20 cm, celle
de gauche, 2m50 et pèse jusqu'à 10 kg !
On peut se demander si le cachalot se sert réellement de ses dents pour se nourrir. En
effet, elles ne font éruption que vers l'âge de 10 ans, or à ce moment là, les cachalots sont
déjà sevrés depuis au moins 8 ans. Ils n'ont certainement pas attendu d'avoir des dents pour
se nourrir… De plus, chez certains vieux cachalots, la mandibule, brisée, par des harpons ou
lors des combats, s'est ressoudée à angle droit. Elle n'est plus fonctionnelle ce qui
n'empêche pas les animaux de se nourrir correctement.
Les types de proies consommées ne se résument pas aux poissons et céphalopodes.
Certains odontocètes côtiers ajoutent des crustacés, voire certains coquillages à leur
ordinaire.
Chez les mysticètes en revanche, on peut être étonné de l'absence de dents à l'état
adulte. Progressivement, chez les ancêtres de ce groupe, on observe un remplacement
progressif des dents par une structure particulière : les fanons. Ce fait est prouvé par
l'existence d'une fugace dentition au stade foetal.
Les fanons sont d'origine épidermique, c'est-à-dire qu'ils ont la même origine que nos
cheveux et nos ongles. Disposés en rangées, ils sont suspendus à la mâchoire supérieure
de part et d'autre du palais. Un fanon est formé de deux lames cornées prenant en sandwich
une série de poils très durs et pleins. Les poils et les lames poussent continuellement mais
les poils s'usent moins vite que les lames d'où la présence d'une frange de poils dépassant
la matrice cornée de plusieurs centimètres. Les baleines ont de 200 à 450 fanons de chaque
côté de la bouche. Ils sont distants de 5 à 10 mm les uns des autres. Les plus petits sont aux
extrémités et les plus grands au centre. Les poils ont un rôle de filtre : l'eau s'écoule
facilement au travers mais ils retiennent efficacement les proies.
Quant à l'orque, il est capable de s'attaquer aux pinnipèdes ou cétacés de toutes tailles,
même à la baleine bleue de plus de 100 tonnes ! Le nombre de dents est beaucoup plus
restreint chez l'orque avec 10 à 13 dents par demi mâchoire.
Oesophage
L'orifice de l'oesophage est traversé par le larynx, quelle que soit la grosseur de la
proie avalée, elle doit passer à droite ou à gauche de celui-ci. Alors que le pharynx des
mysticètes est très étroit et ne laisse passer qu'un bol alimentaire de petite taille, celui des
odontocètes, au contraire, est très large. L'orque peut ainsi engloutir d'un seul coup un
manchot, voire une jeune otarie.
L’estomac
La partie la plus remarquable de l'appareil digestif des cétacés est l'estomac. Il est
divisé en plusieurs poches. Un tel appareil digestif peut surprendre car il ne ressemble pas à
celui des carnivores terrestres, mais plutôt à celui des ruminants.
La première poche est le pré-estomac ou estomac mécanique. Grand et très
musculeux, il permet le broyage des aliments. Cette poche est très importante puisque les
cétacés avalent leurs proies sans les mâcher. Les proies broyées passent ensuite dans
l'estomac principal. Il s'agit de la poche la plus grande, c'est là que débute la digestion
chimique par l'attaque des sucs digestifs et de l'acide chlorhydrique. La nourriture arrive
ensuite dans une troisième poche, l'estomac pylorique où d'autres enzymes terminent le
travail nécessaire à l'assimilation intestinale. La première poche est avantageuse car les
cétacés doivent avaler de grosses quantités de nourriture rapidement. Elle permet dons
d'emmagasiner et de malaxer les proies avalées sans nuire au processus de digestion
comme tel, qui se fait dans les compartiments suivants.
Le système digestif des dauphins ressemble à celui des ruminants : Une première poche
stomacale sert à broyer les aliments. Les aliments broyés passent ensuite dans une autre
poche où sont sécrétés des sucs digestifs, ils terminent enfin dans l’estomac pylorique.
L’intestin les assimile ensuite à l’aide d’enzymes.
Schéma de l'estomac d’un dauphin tacheté.
Schéma de l'estomac d’un dauphin tacheté.
Les intestins mesurent 6 à 8 fois la longueur du corps, ce qui représente quand même
150 m pour une baleine bleue !
Afin d'éviter la déshydratation, les cétacés épurent constamment leur organisme des
sels excédentaires apportés par l'eau de mer. Ils ont également développé d'autres
adaptations pour lutter contre ce problème : ils ne boivent pas et s'approvisionnent grâce
aux chairs de leurs proies et ils ne transpirent pas. Mais l'adaptation majeure est la
présence de reins très performants.
Les reins
Les reins jouent un rôle majeur dans l'élimination des déchets. Il sont énormes
puisqu'ils représentent près de 1,1 % du poids total du corps (contre 0,37 % chez l'Homme).
Ils sont constitués de très nombreux lobules, de 40 chez le béluga à 600 chez le grand
dauphin et jusqu'à 6000 chez le rorqual commun. Chacun de ces lobules fonctionne comme
un véritable rein indépendant qui va éliminer l'urée, les sels et les déchets en une urine
hyper concentrée et récupérer l'eau douce.
1.3 LE SYSTEME NERVEUX
Les organes des sens tels que le toucher, la vision, l’olfaction et l’audition sont modifiés chez
les Cétacés.
1.3.1 Odorat et goût
Evoluant en milieu aquatique, les cétacés doivent plus se fier à leur ouïe qu'à tout autre sens.
Leur odorat est considérablement diminué. Les cétacés à dents (odontocètes) ne possèdent ni
bulbe ni nerfs olfactifs, tandis que ceux-ci sont très reduits chez les cétacés à fanons
(mysticètes). Kuznetzov (1990) parle de "quasi-odorat" chez les dauphins.
Des études anatomiques ont révélé que les cétacés possèdent des papilles gustatives à la
base de la langue. Les dauphins communs (Delphinus delphis), les grands dauphins (Tursiops
truncatus) et les marsouins communs (Phocoena phocoena) ont démontré en captivité des
capacités à détecter différentes substances chimiques, et même de petites différences de
concentrations d'acide citrique (Nachtigall, 1986).
La chemoréception (perception des substances chimiques) chez les cétacés demeure encore
méconnue, mais pourrait intervenir notamment dans la reproduction (détection des
phéromones, substances chimiques émises par les animaux).
1.3.2 Le toucher
Bien que les appendices, tels les membres, aient subi une réduction au profit de
l'hydrodynamisme, ceux qui persistent semble jouer un grand rôle en tant qu'organe tactile
notamment dans les relations sociales.
Chez certaines espèces, de petits poils sur le rostre et/ou le menton aideraient à collecter des
informations sur leur environnement proche (par exemple, à proximité immédiate de la
surface, renseigner l'animal sur sa position par rapport à celle-ci).
Cela peut expliquer pourquoi les dauphins fluviatiles (vivant dans des cours d'eau) évoluant
dans des milieux turbulents et obscures portent des moustaches sur leur long rostre sensitif.
La sensibilité tactile peut-être augmentée chez les mysticètes par la présence de poils de type
vibrisse à l'extrémité du museau, sur le rebord des mâchoires et autour de l'évent. Tout
mouvement du poil agit comme un levier sur les nerfs et multiplie la sensibilité tactile. Ces
récepteurs tactiles de la peau remplissent plusieurs fonctions. Ils permettent à la peau de
réagir instantanément aux variations de pression et fournissent ainsi des informations utiles au
cours de la plongée ou de la nage à grande vitesse. Les récepteurs situés à l'avant de la tête
peuvent assister le cétacé lors de la chasse et de la capture des proies.
Le toucher joue un grand rôle dans les relations sociales. Les Dauphins d’eau douce
évoluant dans un milieu particulièrement turbide utilisent leurs poils encore présents sur le
rostre et/ou le menton afin de collecter des informations sur leur environnement.
La pilosité de certaines espèces de baleines (d'après Evans, 1987)
Tous les cétacés ne sont pas dépourvus de poils. La baleine des basques (Eubalaena
glacialis) par exemple possède des poils sur le menton et la mâchoire supérieure (cf. photo).
Son parent proche, la baleine franche du Groenland (Balaena mysticetus) porte des folicules
pileux sur le museau, les lèvres et le menton, ainsi que derrière l'évent. Les jeunes de
certaines espèces présentent une moustache qui disparaît par la suite.
Ces poils résiduels représentent probablement les vestiges de la pilosité des ancètres des
cétacés, les mammifères terrestres, perdue progressivement au cours de l'adaptation évolutive
de ces animaux au milieu aquatique.
1.3.3 La vue
La vision des Cétacés est adaptée aussi bien au milieu aquatique qu’au milieu aérien.
Bien que peu de lumière filtre sous les eaux superficielles, on s'attend à ce que la vision ne
soit pas un sens très développé, mais il ne doit être sous-estimé.
Le fait que de nombreux dauphins arborent une pigmentation avec des marques distinctives
n'est pas seulement à considérer comme du camouflage vis à vis de proies ou de prédateurs,
mais aussi comme indice pour la reconnaissance des individus d'une même espèce entre eux,
tout comme la taille de la nageoire dorsale ou de la tête permet aux individus de déterminer le
sexe de leurs congénères.
L’œil des cétacés n’est pas fondamentalement différent des mammifères terrestres :
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Les yeux sont mobiles,
L’iris est capable de s’ouvrir très largement.
Relativement petit, l’oeil possède un globe oculaire avec un cristallin quasi-sphérique
comme les poissons avec des paupières. La rétine possède des bâtonnets très
sensibles à la lumière et peu de cellules en cône qui sont associés à la vision de la
couleur. Ils sont vraisemblablement daltoniens,
Leur vue leur permet de différencier un adulte d’un petit dans un groupe.
Leur vue est adaptée aux deux milieux : eau et air
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Ne possèdent pas de glandes lacrymales, cependant des glandes secrètent un liquide
épais et huileux de façon continue qui protège l’œil du sel et d’autres produits agressifs.
1.3.4 L’ouie
L’ouie est de loin le sens le plus développé et le plus spécialisé de tous les sens. Le
fonctionnement de l’oreille d’un cétacé est différent de celui des autres mammifères. Pour
localiser les deux oreilles doivent être isolées acoustiquement l’une de l’autre et du crâne.
Sur le plan anatomique, constatons l’absence d’oreille externe. Il n’y a plus de pavillon auditif,
ce qui n’empêche pas les Cétacés d’avoir une ouïe particulièrement fine pour entendre les
sons aériens mais aussi adaptée à recevoir les vibrations sonores transmises dans l’eau.
L’oreille est réduit à un trou minuscule afin de préserver l’hydrodynamisme. Ils ont une oreille
interne et un énorme nerf auditif.
Les scientifiques ont découvert que les baleines faisaient une variété de sons amusants qui
parcourent les océans sur des milliers de kilomètres. Les mâles sont reconnus pour leurs sons
mélodieux durant la saison de reproduction.
Le chant des baleines
Les chants des baleines sont des sons émis par ces cétacés pour communiquer entre eux. On
parle de « chants », pour décrire l'impression répétitive et prévisible de ces messages, qui
dépendent de l'espèce de la baleine qui les émet.
Le processus biologique, qui permet à l'animal de produire ces sons dépend de la famille à
laquelle il appartient. Cependant, toutes les baleines, les dauphins et les orques utilisent ces
sons comme sonars pour se repérer sous l'eau. En effet, la lumière n'est presque plus
présente à de grandes profondeurs, et cet outil leur permet une représentation efficace de leur
environnement.
Enregistrés par des hydrophones ces sons, longs et plaintifs, peuvent durer plusieurs minutes
chez certaines espèces (baleine à bosses et baleine franche). On ignore leur fonction exacte,
même si l'on pense que dans le cas de la baleine à bosses, ce chant a une fonction liée à la
séduction.
D'après certains écologistes, l'augmentation du bruit dans les océans, principalement à cause
des machines humaines, interfère avec ces sons et trompe l'animal : et souvent, cette erreur
lui est fatale.
Émission du son chez les cétacés odontocètes
Croquis : Tête schématisée d'un dauphin montrant les régions impliquées dans la production sonore.
Les baleines à dents ne produisent pas les sons de basses fréquences connus sous le nom
de chant des baleines . À la place, elles produisent des bouquets rapides de cliquetis et de
sifflements de haute fréquence. Les clics isolés sont en général utilisés pour l'écholocation
alors que les séries de cliquetis et de sifflements servent à communiquer. Bien que les
dauphins produisent lorsqu'ils sont en groupe une véritable cacophonie de sons variés, la
signification de ces sons reste mystérieuse. Frankell (1998) cite un chercheur qui compare le
bruit produit par un groupe de dauphins à celui fait par des enfants dans une cour de
récréation.
Les divers sons sont produits par le passage de l'air au travers d'une structure anatomique
située dans la tête, appelée lèvres phoniques ( phonic lips ) ou museau de singe, comparable
aux voies nasales humaines. Lorsque l'air emprunte ce conduit étroit, il provoque, à la manière
des ronflements humains, l'aspiration et l'accolement des lèvres phoniques et la mise en
vibration des tissus environnants, avec émission d'un son. La vibration peut, tout comme
l'homme le fait avec son larynx pour la voix, être volontairement contrôlée par l'animal avec
beaucoup de précision. Pour l'écholocation, la vibration traverse les tissus crâniens jusqu'au
melon, une sorte de caisse de résonance qui forme et oriente le faisceau sonore. Toutes les
baleines à dents, sauf le cachalot possèdent deux paires de lèvres phoniques et peuvent ainsi
émettre deux sons indépendamment. L'air qui a passé les lèvres phoniques entre dans le sac
vestibulaire. De là, il peut être expulsé à l'extérieur par l'évent ou être renvoyé dans la partie
inférieure de l'appareil nasal et recyclé pour émettre un nouveau son.
De récentes analyses crâniennes utilisant les techniques de tomographie axiale et de
tomographie par émission de photon unique ont montré, au moins dans le cas du Grand
Dauphin, que l'air pouvait être acheminé à l'appareil nasal depuis les poumons par le sphincter
palatopharyngien , permettant au processus de création sonore de continuer aussi longtemps
que l'animal était capable de retenir sa respiration (Houser et al., 2004).
Émission du son chez les cétacés mysticètes
Les baleines n'ont pas de structure du type museau de singe (lèvres phoniques). Leur
larynx semble jouer un rôle lors de la production sonore, mais elles ne possèdent pas de
cordes vocales et le mécanisme exact reste obscur. Le processus, cependant, n'est pas
complètement analogue à celui de l'homme car les baleines produisent des sons sans expirer.
Il est probable qu'elles utilisent de l'air en circuit fermé. Les sinus crâniens peuvent aussi être
utilisés pour créer des sons, mais les chercheurs n'ont pas encore clairement expliqué le
processus.
Exemple : le chant de la Baleine à bosse
Photo : Baleine à bosse
Image : Spectrogramme, accéléré 10 x, Baleine à bosse
Les chercheurs Roger Payne et Scott McVay ont les premiers analysés ces chants en 1971.
Ces sons suivent une structure hiérarchique très distincte. L'unité de base (parfois appelée
note ) est un son continu de fréquence variable, entre 20 Hz et 10 kHz, qui dure de une à
quelques secondes. L'être humain ne peut percevoir que les sons dont la fréquence varie
entre 20 Hz et 20 kHz, ce qui fait qu'ils nous sont parfaitement audibles sans équipement. La
variation de fréquence au court d'une note peut être une modulation de fréquence : vers
l'aigu, vers le grave, sans changement de fréquence; ou une modulation d'amplitude : plus
fort, moins fort ou au même volume sonore. Ce qui fait un total de 9 unités sonores.
Une suite de 4 à 6 unités forme une sous-phrase, et dure environ 10 secondes. Au moins deux
sous-phrases forment une phrase. Une baleine répète généralement une même phrase
pendant 2 à 4 minutes, ce que l'on appelle un thème . Une suite de thèmes forme un chant.
Les baleines peuvent répéter ce chant - qui dure environ 20 minutes - pendant des heures,
voire des jours entiers. Cette hiérarchie linguistique en « poupées russes » a captivé l'attention
des chercheurs.
De plus, avec le temps, le chant d'une baleine évolue. Par exemple, une note qui à l'origine
augmentait sa fréquence devient, au fur et à mesure des chants, une note contante, une autre
note peut devenir plus forte. En plus de ces quelques variations, d'autres s'installent avec l'âge
de l'animal, au cours des mois ou des années.