Transpiration

L’ancêtre des mammifères avait probablement déjà des glandes sudoripares, mais chez l’homme et le cheval, ces glandes remplissent une fonction de thermorégulation qui est très importante. Chez d’autres animaux, la thermorégulation est principalement assurée par d’autres mécanismes, tels que le halètement chez le chien, ou des bains dans l’eau ou la boue, comme chez le sanglier. Les primates ont tous des glandes sudoripares, mais c’est l’homme qui transpire le plus, et de loin.

 

La morphologie et la physiologie humaine sont évidemment l’objet d’un grand intérêt de la part des biologistes de l’évolution. L’espèce humaine est non seulement unique et particulière, comme toutes les espèces, mais en plus, c’est la nôtre ! Parmi les primates, l’homme est unique dans sa façon de se mouvoir, mais également dans son anatomie, sa dentition, réduite par rapport aux chimpanzés et gorilles, et son tendon d’Achille, allongé. Chez l’homme, l’évolution biologique est étroitement liée à l’évolution culturelle, qui prend une importance beaucoup plus grande que dans d’autres espèces. Par exemple, on pense que la dentition et le système digestif se sont réduits il y a des millions d’années à la suite de changements culturels: grâce au feu et aux outils, la nourriture, et en particulier la viande, est plus facile à mâcher et à digérer ! En extrayant davantage d’énergie des aliments, cette sorte de pré-digestion aurait aussi permis l’expansion dans la lignée humaine d’un organe très gourmand en énergie : le cerveau.

 

Pour ce qui est du tendon d’Achille, il est particulièrement long chez l’homme. Cette caractéristique ne serait pas liée à la seule position debout (car le tendon d’Achille sert peu lors de la marche), mais plutôt à la course. Ainsi dans la lignée humaine, un long tendon d’Achille et la capacité de transpirer en abondance auraient évolué alors que l’homme devenait un excellent coureur de fond. Deux hypothèses sont envisagées pour expliquer en quoi il aurait pu être utile à nos ancêtres d’être de bons coureurs sur de longues distances : la chasse à l’épuisement et/ou la recherche de carcasses d’animaux. Selon la première hypothèse, nos ancêtres, armés de simples lances à pointes en bois, auraient chassé des animaux en leur courant après en plein soleil, afin de les assoiffer et les épuiser, pour pouvoir les tuer sans trop de difficultés. Selon la seconde hypothèse, durant la journée nos ancêtres auraient passé leur temps à rechercher des carcasses d’animaux morts : dès qu’ils voyaient des charognards planer au-dessus d’une carcasse, ils pouvaient se rendre promptement sur les lieux du festin et en profiter avant que les hyènes et lions, animaux nocturnes, sortent eux aussi chercher à manger.

Le cheval est bien évidemment lui aussi un excellent coureur de fond. Dans ces deux espèces, la capacité de perdre de la chaleur par transpiration semble être clef pour leur permettre de courir sur de longues distances. Il existe même des courses opposant hommes et chevaux sur de longues distances, où l’homme l’emporte parfois…

Une boussole dans la tête

La capacité à se diriger grâce au magnétisme terrestre est retrouvée chez plusieurs animaux, comme les pigeons, les saumons, les tortues de mer, le papillon monarque et même la mouche drosophile, et également chez des bactéries, mais beaucoup de choses restent à découvrir dans ce domaine. Nous ne savons pas bien quelles espèces ont cette capacité, et quelles espèces ne l’ont pas. L’étude des mécanismes qui permettent à ces organismes vivants de détecter et d’utiliser le champ magnétique est également loin d’être terminée. Il est ainsi difficile de savoir si cette capacité est apparue une fois et a été perdue dans certaines lignées, ou si au contraire elle est apparue plusieurs fois. Nous avons décidé ici de représenter la seconde hypothèse, mais elle reste très incertaine.

 

Chez le pigeon, un organe situé dans le haut du bec et contenant de la magnétite lui permet de sentir des champs magnétiques. Le pigeon utiliserait cet organe lors de ses longs voyages, qui peuvent atteindre des centaines de kilomètres. Cette capacité du pigeon à s’orienter et à voyager sur de longues distances ont fait de lui un messager de choix avant l’arrivée des moyens modernes de communication.

 

Chez la tortue de mer, on a aussi prouvé que les petits pouvaient s’orienter en utilisant le champ magnétique terrestre. Contrairement au pigeon et à nombre d’autres animaux qui ont besoin de lumière pour exercer leur sensibilité aux champs magnétiques, les tortues peuvent détecter le champ magnétique aussi bien à la lumière qu’à l’obscurité.

Récemment, on a montré qu’un oiseau migrateur, le rouge-gorge, était sensible aux perturbations magnétiques causées par l’homme, qui utilise les ondes pour quantité d’applications, de la radio à la téléphonie mobile. On ne sait pas si ces perturbations humaines nuisent à d’autres animaux migrateurs.

Attention danger !

De nombreux organismes vivants sont toxiques. Attention, cela ne signifie pas qu’ils peuvent transmettre un venin (par une piqûre ou une morsure par exemple) mais plutôt qu’ils sont impropres à la consommation… Une telle caractéristique peut à première vue apparaître paradoxale d’un point de vue évolutif: pourquoi la sélection naturelle favoriserait-elle les individus toxiques, puisque leur toxicité ne s’exprime que s’ils ont déjà été mangés? Mais c’est sans compter sur la mémoire des prédateurs. En effet, on peut penser qu’un prédateur qui est tombé malade après avoir consommé ou goûté un individu d’une certaine espèce tâchera d’éviter d’autres individus de cette espèce à l’avenir. Dans ce scénario, il peut être avantageux pour l’espèce toxique d’être facilement reconnaissable, en arborant des couleurs vives ou des motifs spectaculaires comme chez la rainette jaguar, ou en se groupant avec ses congénères comme chez le gendarme (Pyrrhocoris apterus). On appelle cette stratégie l’aposématisme.

 

Les gendarmes, un type de punaise qu’on rencontre fréquemment en France, fournissent un exemple d’aposématisme. On pense que ces insectes ont un goût désagréable pour leurs prédateurs car ils possèdent des glandes sécrétant des molécules irritantes (d’autres espèces de punaises sont connues pour sécréter des molécules malodorantes). Dans une étude de 2003, des chercheurs ont pris des gendarmes qu’ils ont séparés en deux groupes, puis ont peint en brun les individus d’un des deux groupes. Ils ont pu alors constater que des oiseaux capturés dans la nature évitaient de manger les individus ayant conservé leurs couleurs naturelles, mais essayaient de manger les individus peints. Cette expérience ne contredit donc pas l’hypothèse selon laquelle les couleurs vives des gendarmes, associées à leur mauvais goût, leur permettraient d’être moins attaqués par des prédateurs.

 

De façon similaire, la rainette jaguar avertit, grâce à des couleurs vives et des motifs très visibles, une forte toxicité.  L’origine de ces toxines, sécrétées par leur peau, est à trouver dans leur alimentation, constituée d’insectes. En comparant plusieurs espèces de grenouilles de cette famille, des chercheurs ont pu démontrer que les couleurs les plus vives allaient de pair avec une plus grande toxicité, ce qui confirme que ces grenouilles ont adopté une stratégie aposématique. Cette association entre coloration vive et toxicité est même apparue plusieurs fois indépendamment chez les grenouilles dendrobates, dont fait partie la rainette jaguar, au cours des quelques dernières dizaines de millions d’années.

L’amanite tue-mouche est un champignon très coloré (rouge à points blancs) et également toxique (notamment pour l’homme), ce qui en fait une candidate à la pratique de l’aposématisme. Elle semble être originaire de Sibérie, et apparue aux alentours de 10 millions d’années. Elle est proche cousine de l’amanite panthère, qui lui ressemble, sans la couleur rouge. L’amanite tue-mouche fait partie des amanitacées, qui contiennent de nombreuses espèces, dont certaines sont mortelles pour l’homme, comme l’amanite phalloïde, commune dans nos régions. D’autres amanites sont des mets recherchés, comme l’amanite des Césars ou oronge. L’aspect visuel de l’amanite tue-mouche la rend assez facile à identifier, ce qui peut faire penser qu’elle constitue un exemple d’aposématisme. Cependant, les autres amanites toxiques ne sont pas autant visibles. D’ailleurs, une étude de 2006 a montré que les champignons toxiques n’étaient en général pas plus visibles que les champignons comestibles, ce qui indiquerait que l’aposématisme au sens classique n’est peut-être pas répandu chez ces champignons. Il semblerait par contre que les champignons toxiques sont plus odorants que les champignons comestibles : l’aposématisme de ces champignons passerait donc plutôt par l’odeur que par l’apparence.

Venin

Il est difficile d’établir quand le venin des ornithorynques mâles est apparu au cours de l’évolution. Des arguments paléontologiques ont été avancés pour proposer que les  premiers mammifères, il y a 200 millions d’années, possédaient comme le mâle ornithorynque une glande venimeuse associée à une griffe. Selon cette hypothèse, parmi tous les mammifères, seul le mâle ornithorynque aurait gardé cette caractéristique, ce qui serait un peu surprenant… D’ailleurs, des analyses bioinformatiques des protéines constituant le venin de l’ornithorynque suggèrent plutôt que le venin serait apparu au sein de la lignée des monotrèmes, qui comprend les ornithorynques et les échidnés, il y a seulement quelques dizaines de millions d’années. Cependant la question reste ouverte.

Quelques autres mammifères sont venimeux, comme certaines musaraignes ou des chauves-souris vampire, mais délivrent leur venin par morsure, et non par une griffe spécialisée.

Du côté des serpents, le même type d’argument a été utilisé pour savoir quand le venin est apparu : d’abord des considérations morphologiques, et plus récemment des analyses des protéines constituant le venin des reptiles. On pense désormais que l’ancêtre des lézards et des serpents, qui vivait il y a environ 160 millions d’années (voir TimeTree.org), était déjà venimeux. Les lézards que nous connaissons ne sont pas venimeux, mais certains lézards comme des iguanes ou des varans sont restés venimeux. Le plus souvent, ces derniers ne délivrent pas leur venin comme les serpents, depuis leur mâchoire supérieure, mais depuis leur mâchoire inférieure.

Soin paternel : de rares papa poules

Dans la plupart des espèces animales, les parents ne s’occupent pas de leur descendance après la ponte: le soin parental est plutôt l’exception. Et le soin paternel, assuré par le papa, est encore plus rare ! Cependant, chez les oiseaux par exemple, dans la plupart des espèces, le père et la mère s’occupent tous les deux des petits. Dans certains cas, comme chez les manchots qui vivent dans l’hémisphère sud, le père peut faire preuve de beaucoup de dévouement dans le soin apporté à ses petits, y compris jeûner pendant de longues durées. Chez les poissons, la diversité des comportements de soin des petits est grande. Chez les hippocampes les pères ont une poche dans laquelle la mère pond ses oeufs, et dans laquelle les oeufs finissent de se développer. Dans certains cas cette poche fournit même des nutriments aux petits. Ce soin paternel développé est apparu chez l’ancêtre commun des syngnathidés, un groupe de poissons aux formes très variées qui inclut notamment les hippocampes. Chez tous les syngnathidés, le père s’implique dans le devenir de sa descendance, ce qui ne semble pas être le cas des espèces proches des syngnathidés. On pense que cette caractéristique des syngnathidés est apparue il y a environ 40 millions d’années. Voici encore un exemple de convergence évolutive!

 

Dans les cas extrêmes qui défient la règle générale, comme celui de l’hippocampe, on parle d’une “inversion des rôles sexuels”, qui s’accompagne de nombreux changements comportementaux. En effet, selon la théorie de la sélection sexuelle, le degré d’investissement de chaque sexe dans le soin aux petits détermine la direction de l’évolution des comportements sexuels. Ainsi, dans la plupart des espèces, les femelles investissent beaucoup plus d’énergie que les mâles dans chaque descendant. La sélection naturelle favorise par conséquent des comportements chez ces femelles qui maximisent la “qualité” plutôt que la “quantité” de leurs descendants. En particulier, les femelles ont tendance à choisir soigneusement le père de leur précieuse progéniture. Au contraire, si les mâles investissent peu d’énergie dans chaque descendant, la sélection naturelle favorise des comportements des mâles qui maximisent le nombre de descendants, plutôt que leur qualité. Il s’agit par exemple de plaire le plus possible aux femelles, en arborant des couleurs vives (en signe de bonne santé) ou de combattre les autres mâles, pour éliminer les compétiteurs. En d’autres termes, dans les espèces où les mâles ne prennent pas soin des petits, la stratégie sélectionnée est plutôt de féconder le plus de femelles possible, et le choix du partenaire n’est pas une priorité. Cette théorie explique pourquoi, dans de nombreuses espèces, les femelles choisissent soigneusement leur partenaire, alors que les mâles font les beaux (comme chez le paon) ou les costauds (comme chez les cerfs, ou les éléphants de mer). Les cas particuliers de l’hippocampe et du manchot viennent renforcer cette théorie, car quand le degré d’investissement parentale des mâles et des femelles change, leur comportement sexuel évolue en conséquence !

Myrmécophagie : une longue langue qui colle

On trouve des fourmis et termites sur tous les continents du monde, si ce n’est en Antarctique. Il n’est donc pas très étonnant de trouver plusieurs animaux qui se sont spécialisés dans la prédation des fourmis et termites, qu’on appelle myrmécophagie. On trouve par exemple des myrmécophages chez les mammifères, les reptiles ou les oiseaux, ce qui en fait un exemple frappant d’évolution convergente. La convergence des régimes alimentaires s’accompagne de convergences morphologiques. Par exemple, le lézard moloch, qui vit en Australie, ressemble fort au lézard à cornes qui vit en Amérique du Nord. Le lézard moloch est devenu myrmécophage il y a une petite vingtaine de millions d’années semble-t-il. Chez les mammifères, outre les fourmiliers qui vivent en Amérique du Sud et sont devenus myrmécophages il y a environ 40 millions d’années, les pangolins d’Afrique et d’Asie du sud-est sont aussi myrmécophages, et certaines espèces de hyènes sont également devenues myrmécophages… Dans tous ces cas, la dentition s’est fortement réduite, et la langue est devenue longue et collante, ce qui permet d’attraper les insectes de façon très efficace ! Une équipe de chercheurs de Montpellier a d’ailleurs décidé de se consacrer à l’étude de ces mammifères myrmécophages dans le cadre du projet ERC ConvergeAnt.

 

 

Syndrome troglomorphique : quand les yeux ne servent plus à rien

De nombreux êtres vivants ont colonisé les rivières et lacs souterrains. Ici nous avons choisi l’exemple d’un crustacé, le cloporte aquatique ou proaselle, et d’un poisson mexicain, l’Astyanax. Dans leurs deux lignées, la conquête des milieux souterrains a eu lieu plusieurs fois au cours de l’évolution, par différentes populations d’animaux qui vivaient auparavant en surface. Chez les Crustacés proaselles, certaines populations d’animaux ont conquis le milieu souterrain il y a plus de 50 millions d’années, et d’autres l’ont fait il y a quelques milliers d’années seulement. Chez les poissons Astyanax, les colonisations apparaissent plus récentes, au plus quelques millions d’années. Dans tous ces cas, la colonisation des milieux souterrains s’accompagne de nombreux changements morphologiques et physiologiques, qui ont été regroupés sous le nom de “syndrome troglomorphique”. Ces changements incluent perte de pigmentation, de la vue, augmentation des antennes ou du sens de l’odorat. Ces animaux vivent aussi “plus lentement”, et donc plus longtemps ! En effet, leur activité métabolique est diminuée, ce qui permet probablement de vivre dans un milieu souterrain pauvre en nutriments… Ces changements spectaculaires intéressent beaucoup les chercheurs. Par exemple, en 2018, des scientifiques américains et français ont cherché à comprendre comment le poisson Astyanax cavernicole en est venu à dormir beaucoup moins que son congénère de surface, comme décrit sur ce post de blog. Plus près de nous, à Lyon, les chercheurs du LEHNA travaillent sur les crustacés proaselles, et font régulièrement de la spéléologie pour aller étudier ces animaux ! Des chercheurs du LBBE collaborent avec eux, notamment au travers du projet ANR Convergenomix.

Echolocation : voir par les oreilles

Certaines chauve-souris et certains cétacés (baleines et dauphins) peuvent se repérer dans l’espace ou détecter leurs proies à partir de l’écho de leurs propres émissions sonores; on parle d’écholocation ou écholocalisation. Le sonar, inventé plus récemment par l’espèce humaine et utilisé à bord des navires sous-marins, fonctionne selon le même principe.  Les chauves-souris insectivores et celles qui se nourrissent de sang (par exemple sur le bétail) utilisent notamment le sonar lorsqu’elles chassent de nuit, lorsque la visibilité est limitée. Elles émettent un son très aigü en utilisant leur appareil vocal, et analysent les échos qui leur reviennent pour « voir » par les oreilles ! Selon une étude récente, des chauve-souris frugivores pourraient également pratiquer l’écholocation, mais de façon plus rudimentaire, et avec moins de précision. Ces dernières utiliseraient le son produit par leurs ailes plutôt que par leur larynx, ce qui leur permettrait de détecter de grandes surfaces, mais pas de petits objets, et certainement pas de petits insectes volants. On ne sait pas si l’ancêtre de toutes les chauves-souris, qui vivait il y a environ 50 millions d’années, pouvait déjà pratiquer l’écholocation; mais on peut imaginer qu’il procédait peut-être comme les chauve-souris frugivores.

Chez les baleines, ce sont les baleines à dents (odontoceti) qui peuvent utiliser l’écholocation, au contraire des baleines à phanères (parmi lesquelles on trouve les plus grosses, qui mangent notamment du krill). On pense que l’écholocation est apparue chez l’ancêtre de cette lignée, qui vivait il y a un peu plus de 20 millions d’années. Cette capacité aurait été utile dans les milieux turbides, où la lumière passe mal, ou bien dans les profondeurs océaniques, où là aussi la lumière vient à manquer.

D’autres animaux semblent pratiquer l’écholocation, notamment des oiseaux, comme ces hirondelles vivant dans des grottes, sur l’île de la Réunion.