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S'il avait jeté un coup d'œil par-dessus son épaule juste avant que le «grand poisson» ne l'engloutisse, le biblique Jonah aurait eu une vue enviable. Enviable, c’est-à-dire si vous êtes Alex Werth, un biologiste enclavé qui étudie l’anatomie alimentaire des baleines. "Ah, être Jonas et regarder les fanons en action d'un siège sur la langue d'une baleine", dit-il.
Baleen est l’appareil que les baleines sans dents utilisent pour filtrer les aliments de la mer. Des centaines de ces plaques souples, constituées de la protéine structurale de la kératine, poussent vers le bas à partir de la mâchoire supérieure d'une baleine, alignées comme des lattes de stores vénitiens. La mise en place des plaques dans la bouche nécessite une grande mâchoire supérieure, ce qui donne aux baleines à fanons une sorte de sourire aux lèvres.
La structure d'alimentation a évolué par étapes il y a environ 30 millions d'années, lorsque les océans étaient remplis de baleines à dents qui se disputaient une nourriture limitée. Ayant développé un outil et goûtant à d’autres types de proies, les baleines à fanons - connues sous le nom de mysticètes - finissent par se séparer et diviser en 12 espèces ou plus, dont le rorqual bleu, le plus grand animal de tous les temps, ainsi que les baleines à bosse, les baleines droites. Et, du moins jusqu'à ce que les chasseurs de baleiniers américains se lancent dans de lourdes poursuites il y a environ 200 ans, ces mangeurs relativement passifs avalant de petits animaux marins à la tonne se sont bien tirés d'affaire.
«Baleen a tout changé», dit Werth. «Et pourtant, notre compréhension des aspects de cette anatomie est encore mince.» De nombreux scientifiques s'accordent à dire que l'alimentation par filtre trouve son origine dans l'Oligocène (il y a 33, 9 à 23 millions d'années), les changements intervenus dans les courants de l'océan Austral ayant entraîné une prolifération massive de plancton, un nouvel aliment prêt à l'emploi. la source. (Fait intéressant, les animaux n’étaient pas au départ des géants. Un nouveau rapport publié en mai 2017 suggère que leur gigantisme est venu plus tard, il y a peut-être trois millions d’années, alors que leurs proies devenaient de plus en plus serrées mais plus inégales, résultat d’intenses upwellings nutritifs. le style de restauration privilégiait les baleines qui pouvaient à la fois se nourrir de façon excessive et étaient assez volumineuses pour parcourir de longues distances - les baleines à fanons se développaient pour relever le défi.)
L’heure estimée de l’arrivée des baleines à fanons correspond à la fin du terrain d’entente entre scientifiques. Peu sont d’accord, dit Werth, sur les étapes de l’évolution du système de filtration chez les baleines, sur la manière dont les formes intermédiaires se nourrissent (probablement par succion, selon la dernière découverte de fossile), «ou même sur la manière dont [baleen] fonctionne avec les forces et les flux du mer."
Mais alors que certains des profondeurs du passé des baleines continuent de se troubler, les scientifiques ont découvert une source de clarté inattendue, une carte au trésor détaillée cachée dans les fanons. Les informations associées à la kératine, dans la protéine ou à côté de celle-ci, contiennent des horodatages chimiques et des données sur la santé, les mouvements et la reproduction des baleines. «C'est comme si ces animaux tenaient un journal quotidien, et tout à coup, nous pouvons voir ce qu'ils ont écrit», explique l'endocrinologue Kathleen Hunt de la Northern Arizona University. Et le récit des fanons pourrait éclairer la conservation de la baleine de manières totalement nouvelles.
Comment les baleines ont-elles réussi à passer de l'utilisation des dents aux fanons? Des chercheurs des Museums Victoria et de l'Université Monash en Australie, avec l'aide d'Alfred, une baleine fossile vieille de 25 millions d'années, vous apportent les toutes dernières données scientifiques.
Le laboratoire de Werth au Hampden-Sydney College en Virginie, où il étudie l'hydromécanique des fanons, sent un peu le renard. Baleen est partout: de longues lattes desséchées reposent sur des étagères; un frémissement d'assiettes hautes et étroites enveloppées dans du plastique, leurs extrémités gommeuses trempées dans un produit de préservation, se penche dans le coin. Et puis il y a les 160 kilogrammes de fanons frais dans des barils à couvercle bien serré dans le hall, qui viennent d'arriver de collaborateurs en Alaska.
Les vieux fanons se divisent comme des ongles, ce qui révèle leur structure: chaque plaque incurvée est constituée de deux couches de kératine plates avec des rangées de tubules, semblables à des bobines miniatures de viande de déjeuner bien roulée, prises en sandwich entre elles. La langue massive de la baleine et ses proies lavées et rugueuses abradent le tissu, libérant une sorte de frange sur les bords - ce qu'Aristote comparait aux "soies de porc". La grosseur de ces filaments, de même que la taille, la forme et le nombre de Les assiettes à fanons dépendent de l’espèce, et c’est cette matière poilue qui sépare les aliments de chaque bouchée d’eau de mer.
L’alimentation par filtrage a peut-être donné aux mysticètes une voie à suivre il y a des millions d’années, mais les océans subissent actuellement des changements rapides, en particulier dans des régions autrefois peuplées de glace de mer. Werth affirme que cela «pourrait avoir des effets néfastes sur les animaux marins les plus adaptatifs».
Considérons la baleine boréale. Le mammifère noir aux lignes blanches, originaire des eaux les plus froides de la planète, est au cœur des changements environnementaux. Il passe toute sa vie dans l'Arctique, évoluant de façon saisonnière avec le bord de la banquise lorsqu'il se forme et se retire. Se nourrissant quotidiennement de près de deux tonnes de zooplancton frais, les baleines boréales atteignent une taille de 18 à 18 mètres et vivent plus de 100 ans - probablement le plus long de tous les mammifères modernes.
Pour un chercheur de fanons, l'espèce est de l'or pur. Il possède plus de plaques fanées et plus longues (jusqu'à 350 par côté à quatre mètres chacune) par rapport à toute autre baleine, y compris le grand bleu. De nombreux Indiens d'Alaska qui chassent légalement la baleine boréale partageront les fanons avec les chercheurs, ainsi les barils de Werth dans le hall. Les réseaux d'échouage de baleines constituent une autre source. Les échantillons les plus anciens, qui remontent aux expéditions de chasse à la baleine du milieu du XIXe siècle, sont recouverts de poussière dans les armoires d’entreposage des musées et dans les collections privées, prêts à être étudiés.
Kathleen Hunt, comme Werth, profite de cette ressource. En fin de compte, elle souhaite savoir comment les baleines boréales gèrent l’impact croissant de l’activité humaine sur leur environnement. La fonte des glaces ouvre l'Arctique à davantage de trafic maritime, d'exploration sismique, d'exploitation pétrolière et gazière et de pêche. Pour les mammifères marins, cela se traduit par plus de collisions de navires, plus d'enchevêtrements dans les filets de pêche et plus de bruit. «Sont-ils stressés? L'activité humaine affecte-t-elle leur reproduction? ”Demande-t-elle. Personne ne sait.
Le chercheur est venu par fanons comme une source de données en désespoir de cause. Elle savait que les hormones pouvaient répondre à beaucoup de ses questions, mais il est notoirement difficile d'étudier les baleines, encore moins les échantillons. «Vous ne pouvez jamais vraiment attraper votre animal», dit Hunt. "Il n'est pas possible de tranquilliser une baleine ou de la ramener au laboratoire."
Les rorquals bleus, les plus gros animaux de la planète, utilisent leurs fanons pour se nourrir des plus petits animaux de l'océan. Cette séquence de drones d'alimentation en action a été capturée par l'Oregon State University. Vidéo de GEMM Lab, Oregon State University
Si vous êtes extrêmement motivé et encore plus patient, vous pouvez collecter des échantillons de selles, de peau et de graisse, et même des vapeurs respiratoires provenant de l'évent d'une baleine. Mais ceux-ci n'offrent que des instantanés d'un seul instant. Hunt voulait une couverture plus large. Les bouchons de cérumen produisent des données incrémentielles, mais ce n’est pas très précis, et il est difficile d’extraire les bouchons d’un crâne intact, les fournitures sont donc limitées.
Après que Hunt ait «[agité] avec caca et soufflage» pendant environ 13 ans, un collègue a suggéré des fanons. Après tout, les cheveux, les sabots, les cornes, les ongles et autres structures de vertébrés également constitués de kératine contiennent toutes sortes d'informations, y compris des données endocriniennes provenant des nombreuses glandes envoyant des hormones dans le corps.
Il s'avère que les fanons contiennent les mêmes informations et peuvent être extraites d'échantillons pulvérisés et forés. Comme les plaques se développent tout au long de la vie d'un animal, elles capturent en permanence les signaux hormonaux - provenant des glandes surrénales, des gonades et de la thyroïde. «Nous pouvons obtenir des données non seulement à partir de la nouvelle partie [des fanons], mais à partir du morceau qui remue sous la mer depuis une douzaine d'années ou plus», explique Hunt. Une plaque s'érode d'un côté à mesure qu'elle grandit à l'autre extrémité. Elle représente donc une tranche de la vie, parfois d'une valeur de 15 ans.
Hunt a beaucoup appris sur la reproduction des baleines en étudiant les fanons de deux baleines franches de l’Atlantique Nord, Stumpy et Staccato, que les scientifiques observaient au large de la Nouvelle-Angleterre depuis les années 1970. Une bonne partie de la vie des baleines, y compris les succès de mise bas, a été bien documentée, permettant à Hunt de créer une chronologie pour chacune d'elles - jusqu'à la mort (toutes deux sont décédées des collisions avec des navires, l'une d'entre elles étant enceinte à ce moment-là). Depuis que les scientifiques ont calculé un taux de croissance approximatif des fanons - beaucoup de temps par centimètre -, Hunt pourrait aligner les données hormonales extraites des fanons avec les expériences de la baleine à cette époque de sa vie, suggérant des corrélations importantes.
«Des choses comme les cycles d’oestrus et l’âge de maturité sexuelle, les taux de grossesse, c’est vraiment une boîte noire pour les chercheurs», dit Hunt, mais avec Baleen, il pourrait être possible de les déchiffrer. Elle a découvert des profils clairs dans la progestérone (il est «extrêmement élevé» pendant la grossesse) qui sont associés à des hauts et des bas dans le cortisol, une hormone du stress. De plus, elle ajoute que les hormones thyroïdiennes pourraient révéler la faim d'un animal (les baleines pourraient «ralentir» leur métabolisme pour économiser l'énergie), tandis qu'un pic de l'aldostérone, utilisé pour conserver l'eau, était montré chez d'autres animaux comme un signe de stress alors peut signaler la même chose chez les baleines.
Hunt estime que le fait de disposer de telles informations, qui peuvent être superposées à des données environnementales telles que la température de la mer, ouvrira un portail sur des mystères plus complexes. «Pourquoi les femelles ne se reproduisent-elles pas dans cette zone mais y sont-elles?» Demande-t-elle à titre d'exemple. “Est-ce un problème nutritionnel? Les femelles perdent-elles des veaux ou ne sont-elles tout simplement pas enceintes? »La bonne combinaison de points de données pourrait apporter des réponses.
En outre, la recherche de corrélations entre les modifications des hormones de stress et le succès de la procréation, par exemple, «pourrait être très utile dans l’élaboration des politiques», dit-elle. Et dans l'ensemble, il y a les effets du changement climatique. "C'est, bien sûr, une question brûlante", dit Hunt, et jusqu'à présent, les scientifiques n'ont aucune idée de ce que ces effets seront pour les baleines. Peut-être que les proies des baleines se déplaçant en réponse à la hausse des températures de l'océan, les biologistes verront les stress nutritionnels chez les baleines liés à un changement ou à une réduction de la quantité de nourriture. Hunt présume qu'un tel effet pourrait être extrait de la thyroïde et d'autres données.
Ce que Hunt a commencé semble sur le point de faire éclater les paupières de nombreuses boîtes noires dans un proche avenir.
Pendant ce temps, les hormones ne sont pas le seul trésor chimique emprisonné dans les fanons. Comme Hunt, Alyson Fleming de la Smithsonian Institution extrait des données par ailleurs invisibles de la bouche des baleines.
L'océanographe biologique a manipulé des centaines d'échantillons de fanons dans le cadre de ses études sur les isotopes stables, éléments tels que le carbone et l'azote, avec des «signatures» prévisibles en fonction de leur masse. Une forme de carbone, par exemple, a plus de neutrons que l'autre et est donc plus lourde et réagit différemment dans les processus chimiques et physiques. Ce qui est utile pour Fleming, c’est que ces éléments peuvent agir en tant que traceurs de différents aspects de l’environnement, y compris, pour une baleine migratrice, son emplacement géographique et son niveau trophique (position dans la chaîne alimentaire) de ce que la baleine a mangé.
Prenez des baleines. Ces baleines migrent de façon saisonnière entre les mers de Beaufort et de Béring, et ces océans, ainsi que les animaux qui y vivent, sont isotopiquement différents les uns des autres. Cela s'explique en partie par le fait que la Beaufort tire son eau douce des rivières et que l'eau douce possède une signature isotopique particulière qui apparaît dans les euphausiacés, tels que le krill, et les copépodes qu'il supporte.
Nourries par ces proies, les baleines utilisent l'oxygène, le carbone et l'azote pour construire leurs os et leurs fanons. Et, utilement, les ratios de ces éléments reflètent l'océan dans lequel les baleines se nourrissent au moment de leur croissance. Un échantillonnage tout au long d'une assiette de fanons avec spectrométrie de masse révèle les marqueurs isotopiques au fil du temps, y compris la transition d'un océan à l'autre. Étant donné que les chercheurs connaissent le calendrier général des migrations entre ces océans et peuvent l'utiliser, ainsi que les données isotopiques, pour évaluer le taux de croissance des fanons, les plaques offrent une sorte de carte horodatée du voyage d'une baleine, y compris les endroits où elle s'attarde longtemps. le chemin.
Plus précisément, Fleming explique que les ratios d'isotopes de carbone peuvent être corrélés à la fois à la quantité et au taux de croissance du phytoplancton, la vie photosynthétique à la base de la chaîne alimentaire marine. "Il s'agit donc d'un moyen approximatif d'évaluer la productivité", ce qui se traduit finalement par l'énergie disponible pour les baleines filtreurs.
Certains travaux de Fleming pourraient simplement suggérer les espèces les plus menacées par les changements environnementaux, dit-elle. «Auparavant, nous avions réalisé un projet de bosse à bosses, en utilisant des échantillons de peau, en examinant 20 années de recherche de nourriture au large de la Californie. Ce que nous avons découvert, c’est que ces animaux étaient très flexibles: ils changeaient de proie en fonction de ce qui était abondant. »Les baleines à bosse peuvent être ingénieuses, dit-elle, « mais qu’en est-il des baleines boréales? Les fanons peuvent aider à répondre à cela », en donnant aux gestionnaires un outil leur permettant de décider où concentrer leurs efforts.
En fin de compte, Fleming, Hunt et d’autres chercheurs sur les fanons pourront peut-être prolonger leurs délais dans les deux sens. À une extrémité, de nouveaux échantillons de baleines échouées et légalement chassées offrent une vision moderne de la vie des baleines. L'autre extrémité se situe dans les fanons anciens: le matériau était utilisé dès les années 1500 dans les bijoux, les boîtes, les peignes, les chausse-pieds et d'autres produits. «Nous essayons d'utiliser les échantillons les moins précieux avant de nous intéresser aux objets rares, et nous ne savons pas encore si les hormones et autres produits chimiques auront résisté aussi longtemps», a déclaré Hunt. «Mais j’espère pouvoir tout rassembler et observer les tendances des fanons sur une très longue période.»
La recherche sur les fanons en est à ses débuts. D'autres chercheurs ont signalé le chevauchement alimentaire entre les espèces (il est utile de savoir si les animaux sont en compétition pour la même proie, surtout si cette proie décline) et l'exposition au mercure, et le pool d'informations ne cesse de s'élargir. Il est clair que la collaboration avec d'autres collecteurs de données (superposant des données personnelles, physiques et environnementales de la vie d'une baleine) présente un potentiel énorme en matière de conservation. Les scientifiques disent que cette anatomie particulière comporte une très grande image, y compris les liens complexes entre la productivité de l'écosystème, le stress, la reproduction et même l'empreinte humaine dans ces habitats éloignés.
Les chercheurs espèrent que la mise en place de calendriers et la recherche de liens pourront en définitive informer les gestionnaires de la faune et les décideurs. La bataille est rude, puisqu'un certain nombre d'espèces de baleines ne se sont jamais remises du massacre historique de la baleine commerciale - les rorquals bleus antarctiques, par exemple, tiennent à peine 1% de leurs niveaux d'avant exploitation. Mais les espèces ne sont pas toutes dans le même bateau. Selon l'Union internationale pour la conservation de la nature, même si les baleines franches de l'Atlantique Nord et du Pacifique Nord sont en danger, certaines populations de baleines boréales, de baleines franches du sud et de baleines grises sont considérées comme «moins préoccupantes».
Pour le moment, en tout cas. Les ennemis de la baleine d'aujourd'hui se multiplient plus rapidement que les données sur leur vie ne peuvent être rassemblées. Les collisions avec les navires et les enchevêtrements d’engins de pêche sont l’ennemi commun numéro un. Les écologistes s'inquiètent également du bruit, du réchauffement des températures et de ses nombreuses ramifications, de l'exposition aux eaux polluées et de l'acidification des océans. Ces menaces, surtout combinées, sont extrêmement difficiles à quantifier.
Mais à mesure que les chercheurs approfondiront la trésorerie moléculaire des fanons, ils trouveront sans aucun doute de nouveaux moyens d'utiliser les données passées et présentes pour planifier l'avenir. Le sourire étrange de la baleine à fanons est en train de donner lieu à de nombreuses surprises.
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