Pour les biologistes de l'évolution, les oreilles de baleine sont une énigme étrange et fascinante. Les étudier à mesure qu’ils se développent dans l’utérus peut nous aider à comprendre comment ils ont évolué. Mais il est aujourd'hui hors de question de récolter des fœtus de baleine, car la chasse à la baleine est illégale et les scientifiques doivent compter sur les échouages, qui ne font pas souvent apparaître de femmes enceintes.
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La chercheuse du Smithsonian, Maya Yamato, a appris pour la première fois qu'une collection de 56 foetus de baleine conservés dans l'alcool au Musée national d'histoire naturelle avait été emmenée au laboratoire de scanographie du musée. «Nous n'allons plus jamais avoir ce genre de matériel», déclare Yamato, «étant donné qu'ils sont si précieux et rares, il n'est pas souhaitable de les disséquer.
Yamato, un stagiaire postdoctoral travaillant avec le conservateur des mammifères marins fossiles, Nicholas Pyenson, souhaitait avoir un meilleur aperçu de la manière dont les oreilles se développaient chez les fœtus de baleine. La collection comprend des spécimens centenaires, la plupart remontant au début et au milieu du 20e siècle, lorsque les opérations de chasse à la baleine étaient florissantes. En 1986, la Commission internationale de la chasse à la baleine a interdit la chasse à la baleine. Bien que certains des spécimens de la collection proviennent de prises accessoires et d'échouages, beaucoup sont associés à la chasse à la baleine d'une époque antérieure.
«Ils sont uniques parce qu'il y a des espèces que personne ne sera plus jamais capable de collecter», dit Pyenson. «Dans certains cas, les circonstances dans lesquelles elles ont été collectées ne peuvent pas être reproduites ou les organismes ne sont pas dans la nature.»
Parce que disséquer l'un des spécimens ou procéder à un type d'examen invasif n'était pas une option, Yamato a utilisé la technologie non invasive de tomodensitométrie pour inspecter les caractéristiques très délicates du crâne des baleines. Les résultats des travaux de Yamato figurent dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans la revue PLOS ONE . Les découvertes de Yamato aident à confirmer ce que disent les archives fossiles sur la manière dont les baleines ont migré de la terre vers la mer et sur la façon dont les familles de baleines ont continué à évoluer avec des caractéristiques physiques divergentes pour s'adapter aux différents modes de vie dans leur environnement sous-marin.
Maya Yamato (à droite) et un collègue dissèquent la tête d'un rorqual commun échoué décédé dans la baie de Chesapeake pour examiner les tissus mous associés aux oreilles. (Programme d'intervention en cas d'échouement de Virginia Aquarium) Les cétacés ont évolué en deux groupes distincts: ceux qui ont des dents et ceux qui possèdent des fanons, une structure ressemblant à un tamis hérissé de kératine. Les baleines à dents telles que les cachalots, les orques et les dauphins chassent et capturent leurs proies de plein fouet, mais les baleines à fanons telles que les baleines à bosse, les blues et les baleines boréales avalent l'eau et la filtrent à travers leurs fanons pour capturer les petits poissons et le krill.
Non seulement ils se nourrissent de manières complètement différentes, mais les deux groupes de baleines entendent également différemment. Les groupes traitent le son aux extrémités opposées de l'échelle de fréquence pour l'audition des mammifères. Les baleines utilisent des sons à très basse fréquence pour communiquer sur de longues distances. Ils entendent et chantent en utilisant des fréquences inférieures à celles utilisées par tout mammifère terrestre, même les éléphants.
Les baleines à dents, quant à elles, entendent et produisent des sons à des fréquences plus élevées que la petite chauve-souris brune, le plus gros mammifère terrestre. Les baleines à dents s'appuient sur cette capacité d'écholocation pour naviguer et trouver leurs proies.
En utilisant les tomodensitomètres de la collection de baleines fœtales, Yamato et Pyenson ont été en mesure de suivre le développement de ces deux types de baleines très différentes. "Si le Smithsonian n'avait pas de scanner et qu'il ne possédait pas la plus grande collection de mammifères marins au monde, cette étude n'aurait probablement pas eu lieu", a déclaré Yamato.
Elle et Pyenson sont les premiers scientifiques à avoir identifié l’entonnoir acoustique en développement dans les oreilles d’un spécimen fœtal. Les oreilles de baleine sont entièrement internes. Ils reposent sur les tissus adipeux associés à l'entonnoir acoustique en forme de cône, que l'on ne trouve que chez les baleines. La façon dont ils fonctionnent n'est pas encore complètement comprise. Chez toutes les baleines à dents, l’entonnoir acoustique est orienté vers l’avant, mais chez certaines baleines à fanons, l’entonnoir est orienté vers le côté de la tête.
L’équipe de recherche est devenue le premier groupe de scientifiques à identifier et à décrire in situ le développement d’une zone spécifique de l’oreille découverte exclusivement chez les baleines, appelée «entonnoir acoustique» (ci-dessus: cône rose), une structure considérée comme un élément critique. pour mieux comprendre comment les baleines à fanons (en bas) et les baleines à dents (en haut) entendent dans leur environnement aquatique. (Yamato M, Pyenson ND (2015)) Les premiers stades du développement de l'oreille chez les fœtus sont parallèles à la divergence évolutive des cétacés par rapport à leurs ancêtres terrestres. Et, plus important encore, la divergence des deux groupes. L'entonnoir acoustique se développe de manière similaire, au début, chez tous les cétacés. Puis, à mesure que les foetus des deux groupes se développent, l’orientation et la forme du cerveau changent, imitant ainsi le processus évolutif.
«Nous voulons être en mesure de tracer toutes les structures de l'oreille», explique Yamato. «Au début des fœtus, nous voyons les structures typiques des mammifères. Ils ressemblent davantage à tous les autres mammifères, aux mammifères terrestres. Grâce à cette méthode non invasive d'étude de ces spécimens rares, nous sommes en mesure d'observer comment ces ingrédients typiques des mammifères terrestres sont réarrangés pour former les oreilles des baleines modernes. "
Ce type d'information est difficile à obtenir. Les foetus anciens ne se conservent pas bien dans les archives fossiles. Pyenson dit qu'il n'existe qu'un seul spécimen fossilisé connu de baleine à naître. Ainsi, l’examen de ces spécimens historiques, qui comprenaient 15 espèces différentes de baleines à dents et à fanons, c’était comme ouvrir un trésor de données. Maintenant que les scans sont disponibles pour la communauté scientifique, d'autres scientifiques commencent déjà à les utiliser pour étudier d'autres caractéristiques du développement des baleines.
«Notre croissance, en particulier dans l'utérus, en dit long sur notre évolution», a déclaré Pyenson. "Donc, en regardant les données fœtales peut nous donner beaucoup de réponses sur la façon dont un animal se développe."
"Ce type d'étude permet d'illustrer l'incroyable diversité et l'adaptation de la vie sur Terre", ajoute Yamato. "Bien que nous descendions tous du même ancêtre, nous avons différentes stratégies pour faire face à des environnements très différents."
