Conférence L’origine de l’écholocation chez les chauves-souris.

L’origine de l’écholocation chez les Chiroptères

par le Dr Anthony RAVEL, post-dosctorant au muséum national d’histoire naturelle de Paris.

Résumé de l’intervention d’Anthony RAVEL au 2 ème Colloque « Exploration scientifique des karsts lozériens et tropicaux », le vendredi 20 mars 2015 à la salle Urbain V à Mende.

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Présentation d’Anthony Ravel   : « Dans la nature actuelle, l’ordre Chiroptera constitue l’un des groupes de mammifères placentaires les plus diversifié. La particularité des chiroptères réside dans leur capacité au vol actif et à l’écholocation, deux adaptations clés qui ont largement favorisé leur succès évolutif. La radiation initiale, dite « explosive », des chiroptères, ayant été réalisé au tout début de l’Eocène (il y a environ 55 millions d’années), implique un ensemble de familles primitives éocènes retrouvées sur tous les continents excepté l’Antarctique. Mes travaux de thèse ont porté sur l’origine et la radiation des chiroptères modernes. De nombreux fossiles de chiroptères découverts dans des sites éocènes d’Afrique du Nord (Algérie et Tunisie) et en Chine ont révélé une diversité étonnante de formes modernes. L’analyse de ce matériel m’a permis de mettre en évidence plusieurs axes de dispersion qui impliquent certaines familles actuelles (i.e., Rhinolophidae, Hipposideridae et Emballonuridae). Ces mouvements fauniques ont pris place durant l’Éocène moyen entre le Sud de l’Europe, l’Asie de l’Est et l’Afrique du Nord. Mes projets actuels s’intéressent aux problématiques sur les origines de l’écholocation au sein du groupe des chiroptères. Selon la conception traditionnelle, les chiroptères sont divisés en deux groupes : les microchiroptères écholocateurs et les mégachiroptères non-écholocateur. Cependant, depuis quelques années, l’apport des phylogénies moléculaires a profondément remis en cause le paradigme de la monophylie du sous-ordre Microchiroptera. Ces études soutiennent une nouvelle division basale regroupant d’un côté les Yinpterochiroptera (incluant les rhinolophoïdes avec les Megachiroptera) et de l’autre les Yangochiroptera (regroupant tout les autres microchiroptères). Cette  nouvelle organisation des relations intra-ordinales des chiroptères soulève ainsi le problème de l’origine de l’écholocation Image Diapo ARavel2au sein du groupe. L’écholocation est-elle apparue une seule fois à partir d’un ancêtre commun à tous les chiroptères, puis perdue secondairement chez les mégachiroptères (scénario 1) ? L’écholocation a-t-elle été acquise de façon indépendante chez les microchiroptères Yinpterochiroptera et Yangochiroptera (scénario 2) ? Nous verrons ce que peuvent nous apporter dans ce débat les fossiles anciens, notamment un chiroptère de l’Eocène inférieur/moyen du Quercy. »

Message d’Anthony Ravel aux élèves de Première S du lycée Peytavin le 23 janvier 2015 : Il existe de nombreux mammifères capables de localisation acoustique, même certains oiseaux cavernicoles en sont capable. Pour les mammifères, outre les chiroptères (microchiroptères) et les baleines à dents (odontocètes), certains petits insectivores de la familles des Tenrecidae (tenrecs sorte de petits hérissons) et Soricidae (les musaraignes) peuvent se localiser grâce au son. Attention, ce n’est pas une écholocation aussi sophistiquée que celle des chiros et des baleines. Elle est rudimentaire et leur permet juste de ne pas se cogner dans les murs. Certains rongeurs et Pinnipèdes (phoques et otaries) pourraient pratiquer l’écholocation, mais cela n’a pas encore été démontré de manière significative. Enfin les balaenopteres (baleines à fanons) pourrait utiliser les basses fréquences pour percevoir les fonds marins, mais là encore les recherches sont en cours.
Il est tout d’abord nécessaire de bien définir l’écholocation.  L’écholocation consiste à émettre des sons puis à réceptionner et analyser leurs échos afin de détecter et de caractériser l’objet cible. En cela, il n’est pas nécessaire d’émettre des sons à hautes fréquences (au-delà de 20kHz, pour rappel l’oreille humaine peut entendre des sons entre 20Hz et 20 000Hz). En fait, la fréquence va déterminer la taille de l’objet détecté. Plus la fréquence est haute plus petit sera l’objet détecté. Il faut également être capable de traiter les données acoustique. Le chien peut entendre les haute fréquences mais il ne peut pas en émettre et n’en tire aucune information s’appuyant sur d’autres facultés sensorielles (vue et odorat). Par contre au niveau expérimental, certains aveugles utiliserait l’écholocation pour palier leur handicap. Les odontocètes et les chiroptères ont une gamme de fréquences émises et audibles allant de 12 à 200kHz (record battu par une chauves-souris enregistré à 212 kHz). Cette large gamme permet à ces animaux d’avoir une résolution en haute définition si on peut dire. Une musaraigne écholocatrice pourra détecter un mur, le chiro détectera le mur et toute les aspérités, les trous, la densité et ceci à haute vitesse en plein vol.
Pour en revenir au Chiroptera, la grande question du moment est de savoir si cette écholocation est apparu une seul fois, ou plusieurs fois. On distingue deux groupes de chauves-souris, les Microchiroptera comme les rhinolophes commun ou pipistrelles etc… (petites chauves-souris nocturnes pratiquant l’écholocation incluant l’essentiel de la diversité spécifique du groupe) et les Megachiroptera comme les roussettes (les formes de grande taille diurne et ne pratiquant pas l’écholocation, se retrouvant uniquement en Afrique et en Asie du sud). Depuis cette division, on a longtemps pensé que l’écholocation était apparu une seule fois chez l’ancêtre commun au Microchiroptera. Mais l’histoire évolutive n’étant jamais aussi simple, cette division des chiroptères est plus complexe. Les études moléculaires ont démontré que les Megachiroptera viennent s’embrancher avec certains Microchiroptères mais pas tous. On a alors maintenant deux groupes ==> Megachiroptères + rhinolophes écholocateurs d’une part et tous les autres chiroptères écholocateurs d’autre part. Deux scénarios sont alors possibles. Soit l’écholocation est apparue une seule fois chez l’ancêtre commun à tout les chiroptères puis elle a été perdue chez les mégachiroptères. Soit l’écholocation a été acquise au moins deux fois de manière indépendante au sein des deux grands clades.
L’apport des fossiles est essentiel pour aborder ces problématiques. Les chiroptères fossiles sont connus depuis environ 54 millions d’années. Leur squelette étant très fragile, les spécimens complets sont particulièrement rares. On retrouve surtout les dents. Mais heureusement les plus anciens sont documentés par des spécimens très bien préservés en Amérique du Nord et en Europe. Ce qui est remarquable chez les chiroptères c’est que les plus anciens, dans leur aspect général, ressemble beaucoup aux microchiroptères actuels.  En fait, ces chiroptères présentent certaines différences au niveau des dents et de certains éléments post-crâniens (comme des griffes au bout des doigts) que l’on ne retrouve plus chez les actuels. Il y avaient donc des familles de chiroptères qui ont disparus. Ces formes anciennes par contre aurait pratiqué l’écholocation comme le montre les structures de la bulle auditive. Seul le plus ancien (Onychonycteris trouvé en Amérique du Nord) ne serait pas écholocateur. ces familles constituent la base de la phylogénie des chiroptères mais cette position est très débattue.
Anthony Ravel (message aux élèves de Première S du lycée Peytavin le 23 janvier 2015).

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