Les baleines à fanons ont développé un larynx unique pour communiquer mais ne peuvent pas échapper au bruit humain


Les baleines à fanons sont les plus gros animaux ayant jamais parcouru notre planète et, en tant que grands prédateurs, jouent un rôle vital dans les écosystèmes marins. Pour communiquer sur de vastes distances et se retrouver, les baleines à fanons dépendent essentiellement de la production de sons qui se propagent loin dans les océans troubles et sombres.

Cependant, depuis que les chants des baleines ont été découverts pour la première fois il y a plus de 50 ans, on ignorait jusqu'à présent comment les baleines à fanons produisent leurs vocalisations complexes.

Une nouvelle étude dans la revue Nature rapporte que les baleines à fanons ont développé des structures uniques dans leur larynx qui permettent leurs vocalisations à basse fréquence, mais limitent également leur portée de communication.

L'étude a été dirigée par le professeur Coen Elemans, spécialiste de la voix, du département de biologie de l'université du Danemark du Sud, et le professeur Tecumseh Fitch du département de biologie comportementale et cognitive de l'université de Vienne en Autriche.

« Les baleines à dents et à fanons ont évolué à partir de mammifères terrestres dotés d'un larynx remplissant deux fonctions : protéger les voies respiratoires et produire du son. Cependant, leur transition vers la vie aquatique a imposé de nouvelles exigences strictes au larynx pour éviter de s'étouffer sous l'eau », explique Tecumseh Fitch.

L'étude montre que les baleines à fanons peuvent néanmoins toujours produire des sons avec leur larynx, mais pour ce faire, elles ont développé de nouvelles structures, qui n'existent que chez les baleines à fanons. Premièrement, les minuscules cartilages du larynx humain – appelés aryténoïdes – qui modifient la position de nos cordes vocales, ont radicalement changé chez les baleines.

« Les aryténoïdes se sont transformés en grands et longs cylindres fusionnés à la base pour former une grande structure rigide en forme de U qui s'étend sur presque toute la longueur du larynx », explique Elemans.

« Il s'agit probablement de maintenir des voies respiratoires rigides et ouvertes lorsqu'ils doivent faire entrer et sortir d'énormes quantités d'air lors d'une respiration explosive à la surface », déclare Fitch.

« Nous avons constaté que cette structure en forme de U pousse contre un gros coussin graisseux à l'intérieur du larynx. Lorsque les baleines poussent l'air de leurs poumons au-delà de ce coussin, celui-ci commence à vibrer, ce qui génère des sons sous-marins de très basse fréquence », explique Elemans. .

Essayer de travailler sur la biologie et en particulier la physiologie des baleines est un véritable défi.

« Même si les humains chassaient des baleines au bord de l'extinction, ils ont fait très peu d'efforts pour en apprendre davantage sur leur physiologie », explique Magnus Wahlberg, expert en baleines à l'Université du Danemark du Sud et co-auteur de l'étude.

« Les échouages ​​sont des occasions uniques et rares d'en apprendre davantage sur ces animaux étonnants, mais même dans ce cas, il est très difficile d'étudier la physiologie, car les tissus se décomposent très rapidement. On sait que les baleines explosent sur la plage », ajoute Wahlberg.

Grâce aux réseaux danois et écossais d'échouage de mammifères marins, les chercheurs ont pu extraire rapidement le larynx d'un rorqual boréal, d'un petit rorqual et d'un rorqual à bosse pour une étude approfondie en laboratoire.

« Nos expériences ont montré pour la première fois comment les baleines émettent leurs vocalisations à très basse fréquence », explique Elemans.

Pour comprendre comment l’activité musculaire pourrait modifier les cris, les chercheurs ont construit un modèle informatique de l’ensemble du larynx de la baleine.

« Notre modèle comprend des formes 3D précises du larynx et de ses muscles, ce qui a permis de simuler, par exemple, la façon dont la fréquence est contrôlée par modulation musculaire », expliquent Qian Xue et Xudong Zheng, professeurs au département de génie mécanique du Rochester Institute. of Technology, États-Unis, co-auteurs de l’étude.

« Notre modèle prédisait avec précision les résultats de nos expériences, mais nous pouvions également calculer des caractéristiques acoustiques que nous ne pouvions pas mesurer en laboratoire, telles que la gamme de fréquences », explique Weili Jiang, postdoctorant au Rochester Institute of Technology, aux États-Unis, co-auteur de l'étude.

Les modèles ont très bien prédit les vocalisations naturelles des baleines.

Cependant, ces caractéristiques anatomiques récemment découvertes qui ont permis aux baleines de communiquer avec succès dans les vastes océans posent également des limites physiologiques insurmontables pour de nombreuses baleines à fanons.

En combinant expériences et modèles, les chercheurs apportent la première preuve que les baleines à fanons sont physiologiquement incapables d'échapper au bruit anthropique, car celui-ci masque leur voix, et limite ainsi leur portée de communication.

« Malheureusement, la gamme de fréquences et la profondeur de communication maximale de 100 mètres que nous prévoyons chevauchent complètement la gamme de fréquences dominante et la profondeur du bruit d'origine humaine provoqué par le trafic maritime », a déclaré Elemans.

« Les premiers enregistrements acoustiques du chant des baleines à bosse par Roger et Katy Payne en 1970 ont profondément touché l'humanité, ont lancé le domaine florissant de la bioacoustique marine et ont suscité un intérêt mondial pour les efforts de conservation marine. » dit Coen Elemans.

« Ces enregistrements étaient si importants politiquement à l'époque qu'ils se trouvent à bord des missions spatiales Voyager », poursuit-il.

Les Payne ont fait prendre conscience aux gens à quel point les mers étaient calmes avant que les humains ne commencent à utiliser largement les navires à hélices et à faire fonctionner en permanence les générateurs à bord. C’est dans ces mers que les baleines ont évolué.

Elemans ajoute : « Par rapport aux années 70, nos océans sont aujourd'hui encore plus remplis de bruits d'origine humaine provenant des voies de navigation, des activités de forage et des canons sismiques. Nous avons besoin de réglementations strictes pour ce type de bruit, car ces baleines dépendent du son pour communiquer. nous montrons que malgré leur physiologie étonnante, ils ne peuvent littéralement pas échapper au bruit que font les humains dans les océans.

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