L’histoire évolutive des Cétacés et des Siréniens : le retour à la vie aquatique de deux mammifères 1


Les cétacés

    1. Les ancêtres des cétacés actuels
    2. (50 millions d’années) Le Pakicetus est le plus ancien archéocète connu : il possédait des sabots, adaptés à la course, des poils et des dents pointues, alors carnivores ou piscivores (viande et/ou poisson). La connaissance de sa parenté avec les cétacés actuel vient de la structure de son oreille interne, adaptée pour isoler les sons en milieu aquatique. il vivait probablement près des rivages, fleuves ou marais, où il trouvait sûrement ses sources de nourritures. Les vertèbres du tronc augmentent en taille de l’avant vers l’arrière. Le tibia est long et il a une crête tibiale courte, typique des mammifères terrestres rapides.

      • (49-48 millions d’années) L’Ambulocetus natans est le premier ancêtre amphibie et carnivore connu, sûrement encore à fourrure. Il possédait a priori 4 pattes palmées, encore éloignées des palettes natatoires des cétacés actuels, et des pattes arrières très développées et robustes pour nager, comme les loutres, en poussant l’eau. Il préférait les milieux marins et revient sur terre surtout pour se reproduire. Il ne dispose plus de pavillons externes au niveau des oreilles. Les yeux sont disposés latéralement et ne sont plus disposés frontalement comme chez Pakicetus.

      • (43-46 millions d’années) Le Kutchicetus est probablement le plus petit cétacé vivant à l’époque, et possède une grosse queue qui a un rôle important dans la locomotion. On remarque les débuts du rétrécissement des canaux semi-circulaires de l’oreille interne qui leur permettent de se mouvoir dans l’eau sans avoir le mal de mer. La colonne vertébrale musclée et flexible, permettant la nage par ondulation.

      • (38 millions d’années) Cynthiacetus, de la famille des Basilosaurus, est un ancêtre totalement aquatique car ses pattes postérieures se sont quasiment atrophiées, alors que ses membres antérieures sont devenues des palettes natatoires. Il ne peut plus alors revenir sur Terre, et se déplaçait par ondulation de sa nageoire caudale, un dérivé de la queue. Il a comme adaptation des vertèbres cervicales petites, des vertèbres thoraciques et lombaires de longueur similaire, des vertèbres sacrées non fusionnées, une absence d’articulation sacro-iliaque, un poignet et une avant-bras distaux aplatis dans le plan de la main (des caractéristiques de la palette natatoire).

2. Les adaptations à la vie aquatique

Le début de retour à la vie aquatique se fit au Crétacé, à cause des prédateurs et/ou pour manger. D’abord, ce fut la chasse uniquement qui se passait dans l’eau, puis une vie aquatique permanente mais une reproduction sur terre. La 1ère baleine totalement aquatique serait apparue il y a 30 Millions d’années, avec encore des pattes et des dents.

La nutrition chez la baleine : elle gonfle la gorge, avale jusqu’à 6000L d’eau, puis ferme la bouche, et recrache l’eau. Le krill, les autres crustacés et les poissons sont retenus par les fanons (des tiges cornées, au nombre d’environ 500 dans baleine). La baleine consomme jusqu’à 500kg-1T de nourriture par jour.

L’eau refroidit 20-30x plus que l’air. Les baleines ont ainsi pour se protéger une couche de graisse (jusqu’à 50cm pour la baleine bleue). Leur forme lisse, sans relief réduit la surface de peau et augmente l’hydrodynamisme. Les veines s’enroulent autour des artères pour conserver la chaleur, et les baleines peuvent contracter les vaisseaux extérieurs, ce qui ouvrent alors des chemins secondaires, s’il fait froid, moins proches de la peau, ce qui conserve la chaleur. Si la baleine a trop chaud, elle sort sanageoire caudale hors de l’eau.

L’apnée des baleines est impressionnante : le cachalot atteint 90min. Pour cela, la baleine renouvelle 90% de l’air par inspiration (contre 30% chez humain). Elle a aussi 3x plus de sang que l’homme par unité de poids et plus de globules rouges. La myoglobine, une protéine, peut stocker de l’O2 dans les muscles. Le réseau admirable, dans le circuit sanguin, peut favoriser la vascularisation pour le coeur et le cerveau, et apporte moins aux muscles qui stockent déjà l’O2 et utilisent leurs réserves.

La perte des pavillons des oreilles, du pelage, des membres postérieurs rend la forme de la baleine plus lisse, favorisant sa vitesse sous l’eau, en plus de l’élongation du corps. L’apparition des nageoire caudale et dorsale permet la stabilité lors de la nage et la propulsion sous l’eau. Le membre antérieur est appelé palette natatoire : il comprend un omoplate, un humérus, un radius, des phalanges etc… comme les autres membres chiridiens mais est adapté à la nage grâce à sa grande surface.

La trachée et l’œsophage sont séparés et indépendants, pour permettre de manger sans se noyer. En plongée, l’évent est bouché par un bouchon, et l’œsophage par un sphincter.

Les siréniens :

Approximativement en même temps que les cétacés, une autre famille de mammifères entama un retour à la vie aquatique : les siréniens. Contrairement à leurs lointains cousins, ce sont de pacifiques herbivores, représentés aujourd’hui par les dugongs et les lamantins. Ils seraient repassés de la terre à l’eau pour les mêmes raisons : éviter la prédation et trouver de quoi manger.

      1. Les ancêtres des siréniens actuels
      • (55 Ma) Prorastomus sirenoides, dont les premières traces remontent à l’Eocène, faisait la taille d’un cochon, soit environ 1m50, et fut majoritairement terrestre, à en juger par la structure de son crâne. A en juger par ses molaires en forme de couronne et la forme de son museau, il était sûrement herbivore et se nourrissait de plantes molles. Début de réduction des membres antérieurs.

      • (48 Ma) Pezosiren, ou P. Portelli avait un style de vie amphibie comme les hippopotames : il passait certainement une grande partie de la journée dans l’eau, où il trouvait sa nourriture, mais pouvait toujours vivre sur la terre ferme. Il avait le crâne typique des siréniens actuels et la forme de corps commune à la plupart des siréniens modernes, tels que les lamantins et les dugongs, mais il avait aussi quatre membres, pas encore modifiés en nageoires, avec des pieds bien développés qui étaient encore adaptés à la marche sur terre.

      • (38 Ma) Au début de l’Oligocène, l’Halitherium était totalement marin. Il présentait déjà des côtes élargies et des poumons plus gros, qui lui permettaient de nager sous l’eau, mais avait encore une ceinture pelvienne et des vestiges des pattes arrières. Il n’avait plus ses épines dorsales (des structures sur le haut de la colonne vertébrale), qui ne servent plus à tenir sa tête car elle flotte dans l’eau. Sa queue est devenue une nageoire caudale qui lui permettait de nager par propulsion dans l’eau.

      • (20 Ma) La famille des Metaxytherium (tel que le Metaxytheruym floridanum), mesurait comme les siréniens actuels dans les deux ou trois mètres. Ces animaux herbivores et aquatiques vivaient dans les eaux côtières chaudes et les voies navigables intérieures, se nourrissant d’herbiers marins. C’est la seule espèce de siréniens qui vivait dans les côtes nord-ouest de la mer Méditerranée à la période du Pliocène. Il a disparu de la Méditerranée il y a environ 3 millions ans, en raison du refroidissement climatique progressif.

Metaxytherium floridanum.jpg

2. Caractéristiques des siréniens

La peau des siréniens est ridée et fripée, pour minimiser la déshydratation, pour que dans les rares moments où ils sortent de l’eau (en partie, car ils ne peuvent plus se mouvoir sur la terre ferme), leur peau ne se dessèche pas aussi rapidement. Leur peau ne présente par ailleurs plus de poils, mais pour se protéger du froid, les siréniens présentent une épaisse couche de graisse sous cutanée. Par ailleurs, ils vivent dans des eaux plutôt chaudes.

Les organes sexuels sont aussi adaptés à une vie aquatique : chez les mâles, les testicules sont internes et situées près des reins, et chez les femelles, les organes sexuels sont intégrés dans le corps, couverts par un “vestibule”, un repli de peau.

La trachée et l’oesophage sont distincts, ce qui permet aux siréniens de manger sous l’eau sans s’étouffer. Leurs poumons sont très vastes et jouent le rôle de la vessie natatoire chez les poissons, des grandes poches d’air qui se remplissent de gaz pour contrôler la profondeur dans l’eau. Cela leur permet de nager avec plus d’aisance. De plus, leurs os sont pachyostotiques (gonflés) et ostéosclérotiques (denses), très lourds : ainsi, les siréniens coulent naturellement dans l’eau. Les épines dorsales ont disparu chez les siréniens il y a plus de 38 millions d’années : ces structures, qui supportent la tête, sont devenues inutiles dans un milieu plus porteur tel que l’eau. Museau tourné vers le bas pour brouter.


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