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Le monde des oiseaux

Nous avons élucidé le mystère de l’origine du sang chaud chez les mammifères

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Les mammifères et les oiseaux produisent leur propre chaleur corporelle. Ce phénomène est connu sous le nom d’endothermie, ou métabolisme à sang chaud. L’endothermie a probablement été l’une des clés du succès évolutif de ces deux groupes d’animaux, car, contrairement aux reptiles à sang froid, les mammifères et les oiseaux se reproduisent plus vite et peuvent être plus actifs, plus longtemps.

Jusqu’à très récemment, personne n’avait réussi à estimer le moment précis dans l’évolution des mammifères où l’endothermie est apparue. Mais notre nouvelle étude, publiée dans la revue scientifique Nature, vient renverser la vapeur. Nos nouvelles données, issues des fossiles étudiés grâce aux rayons X, indiquent que les ancêtres des mammifères ont acquis un métabolisme à sang chaud il y a 233 millions d’années, soit à la fin du Trias..

L’origine de l’endothermie est l’un des grands sujets de débat de la paléontologie moderne. L’apparition d’un métabolisme a sang chaud fut la clé de l’évolution de nombreux autres caractères propres aux mammifères : l’accroissement de la taille du cerveau, l’apparition des poils, un mode de vie nocturne et plus actif, et un taux de reproduction plus élevé. Ces traits leur ont permis de survivre à de nombreux cataclysmes.

Au fil des années, beaucoup de chercheurs ont développé des techniques afin de tenter d’en déterminer l’origine au sein de la lignée des mammifères. Mais ces méthodes ont donné des résultats contradictoires et plutôt flous. La plupart des scientifiques s’entendent sur l’hypothèse que la transition vers l’endothermie a été un processus long et graduel, qui a pris plusieurs millions d’années. Selon eux, cette transition aurait débuté à l’orée du Trias ou même plus tard, au moment de l’origine des mammifères, il y a 200 millions d’années.

Nos découvertes contrastent fortement avec ce scénario d’une transition lente vers le métabolisme à sang chaud.

Notre nouvelle méthode diffère des précédentes, car elle se base sur l’anatomie d’une structure (l’oreille interne), qui est directement liée à la température du corps et donc à l’endothermie. Elle est aussi aisément applicable à un grand nombre d’espèces vivantes et de fossiles, ce qui accroît sa puissance statistique.

Cette méthode suggère que l’endothermie a en fait évolué en seulement un million d’années, c’est-à-dire soudainement d’un point de vue géologique, et non pas graduellement. Et cette évolution aurait débuté approximativement 33 millions d’années AVANT l’origine des mammifères. Cela implique que les ancêtres des mammifères étaient déjà à sang chaud.

Par ailleurs, ce moment concorde avec des découvertes récentes qui plaçaient déjà l’origine de la production de lait, des poils et de l’endothermie à la même époque.

Une intuition géniale

Tout a commencé par l’intuition géniale des docteurs Araújo et David, qui se sont demandé comment le liquide visqueux qui remplit l’oreille interne, l’endolymphe, s’était adapté à une température corporelle plus élevée. L’oreille interne se compose de la cochlée et des canaux semi-circulaires, ces derniers constituant l’organe de l’équilibre. Ces canaux très fins sont remplis de l’endolymphe, dont les mouvements suivent ceux de la tête et indiquent au cerveau comment coordonner les mouvements de la tête et du corps afin de se mouvoir correctement. Ainsi, le maintien de la viscosité de l’endolymphe à un niveau constant est très important pour assurer le bon fonctionnement de tout l’organe de l’équilibre.

Modifier la viscosité de l’endolymphe, par exemple en augmentant sa température, peut avoir des effets très néfastes sur l’équilibre et empêcher la locomotion d’un animal.

Le cerveau (en rose) et l’oreille interne (en vert) d’un mammifère moderne, un primate, reconstitués en 3D.
(Julien Benoît), Fourni par l’auteur

Comme le miel, l’endolymphe devient plus fluide à plus haute température. Nos travaux suggèrent que l’oreille interne des oiseaux et des mammifères, les deux principaux groupes d’animaux endothermes, s’est adaptée à ce changement de viscosité de deux façons très différentes. L’endolymphe des oiseaux a retrouvé sa viscosité d’autrefois grâce a un changement de sa composition, alors que chez les mammifères, se sont les canaux semi-circulaires de l’oreille interne qui se sont adaptés à la nouvelle fluidité de l’endolymphe.

Ainsi, les canaux semi-circulaires des mammifères sont devenus plus petits et plus étroits avec l’augmentation de leur température corporelle. Pour les paléontologues, ce changement dans la morphologie des canaux semi-circulaires est une découverte inestimable, car il permet directement de déceler exactement où et quand l’endothermie est apparue !

En effet, l’oreille interne et les canaux semi-circulaires qui la composent se fossilisent très bien, et nous possédons un registre fossile très complet de la lignée ayant conduit aux mammifères modernes, qui remonte à plus de 300 millions d’années. Grâce à des scanneurs à rayons X similaires à ceux utilisés dans le milieu médical, il nous a été possible de reconstituer par ordinateur, en 3D, l’apparence des oreilles internes des ancêtres des mammifères avec une très grande précision, et ce, sans endommager aucun fossile.

Une découverte qui change tout

Rares sont les découvertes en paléontologie qui permettent réellement de redéfinir ce que l’on croyait savoir. Et pourtant, l’intuition des Drs. Araújo et David nous offre, pour la première fois, un indice ostéologique permettant de retracer l’évolution de l’endothermie qui soit à la fois 1) aisément fossilisable et 2) directement lié à la température du corps. C’est un peu comme l’équivalent de la pierre de Rosette du métabolisme à sang chaud ! Jamais auparavant une si haute résolution dans l’étude de l’origine de l’endothermie n’avait été atteinte.

Cette étude remet en question que l’endothermie ait évolué lentement et propose une date précise pour la transition vers le métabolisme à sang chaud chez les mammifères. C’est une nouvelle étape dans l’étude de nos ancêtres qui vient d’être franchie, et on ne peut qu’être enthousiaste quant aux possibles implications que ces résultats vont avoir.

Maintenant qu’il est désormais possible de reconstituer l’évolution de l’endothermie avec précision à travers les temps géologiques, qui sait ce que les découvertes futures nous réservent ?

Julien Benoit, Senior Researcher in Vertebrate Palaeontology, University of the Witwatersrand

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons.

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