Les animaux peuvent migrer à la lumière des étoiles. Les cerveaux d’oiseaux et de coléoptères nous montrent comment.

« Non, non, non, non, Brian. Non Non Non Non. »

J’avais demandé à Stephen Emlen, professeur émérite Cornell de neurobiologie et de comportement, quelle question me semblait évidente : quand il a amené des oiseaux dans les planétariums dans les années 60 et 70, ont-ils jamais, euh, fait des dégâts là-dedans ?

« Pas de caca dans le planétarium », m’assure Emlen.

J’avais appelé Emlen pour parler non pas de caca, mais d’une série d’expériences qui ont captivé mon imagination. Il a amené des oiseaux migrateurs dans un planétarium la nuit et a allumé et éteint les étoiles, comme s’il les effaçait de l’univers du cerveau d’un oiseau.

Grâce à ces expériences, Emlen a reconstitué ce qui était alors un mystère : comment les oiseaux savent dans quel sens, même en volant dans l’obscurité de la nuit sans le soleil pour se guider.

Nous en savons encore incroyablement peu sur la migration des animaux – où ils vont, pourquoi ils vont et comment ils utilisent leur cerveau pour y arriver. Les cigognes migrent d’Europe vers l’Afrique, et elles connaissent non seulement la route, mais peuvent découvrir des essaims de criquets pour se nourrir dans le désert (bien avant que les humains ne détectent l’essaim). Les baleines, dans leurs voyages à travers l’océan, semblent être influencées par les tempêtes solaires – mais personne ne sait quelle partie de la physiologie des baleines leur permet de détecter les champs magnétiques.

La façon dont ces animaux se rendent d’un point A à un point B peut être mystérieuse – et elle grandit encore plus à mesure que nous découvrons chaque nouvel exploit de navigation. « Nous ne connaissons tout simplement pas, vraiment, les principes fondamentaux du mouvement des animaux », a déclaré l’écrivain scientifique Sonia Shah dans le dernier épisode d’Unexplainable, le podcast de Vox sur les questions sans réponse en science.

Le peu d’informations que nous avons tirées d’expériences ingénieuses comme celle d’Emlen montre à quel point le cerveau des animaux peut comprendre et apprendre le monde naturel.

Cette information devrait nous faire réfléchir alors que nous continuons à changer notre planète. Alors que les humains illuminent artificiellement le ciel et que nous lançons plus de satellites en orbite qui éclipsent même les étoiles, nous pouvons jouer avec les boussoles cognitives d’un nombre incalculable de créatures.

Des oiseaux… dans un planétarium ?

The North American Indigo Bunting.Education Images/Universal Images Group via .

Les expériences d’Emlen semblent sortir des rêves d’un petit enfant scientifiquement curieux. Lorsqu’il était étudiant diplômé à l’Université du Michigan, Emlen a reçu les clés du Planétarium Longway à Flint, Michigan, où il pouvait régner librement la nuit.

« Le directeur a fermé le planétarium à 10h30 et ils m’ont donné la clé », se souvient Emlen. « Je suis devenu nocturne. Entre les expériences menées là-bas, et plus tard à l’Université Cornell, il a élaboré une théorie sur la façon dont les oiseaux naviguent.

Quand Emlen a commencé son travail, certaines choses étaient déjà connues. Un duo de mari et femme d’Allemagne, Edgar Gustav Franz Sauer et Eleonore Sauer, avait établi au cours de la décennie précédente que les oiseaux migrateurs – qui parcourent parfois des milliers de kilomètres en une seule saison – regardent les étoiles pour avoir un sens de l’orientation .

Les Sauer plaçaient les oiseaux dans des arènes en plein air où la seule chose qu’ils pouvaient voir était le ciel nocturne. Et avec juste le ciel comme guide, les oiseaux ont tenté de voler dans leur direction migratoire attendue. Ils ne le feraient pas par une nuit nuageuse. Les Sauer ont répété l’expérience dans un planétarium allemand, et cela a fonctionné là aussi. Ce qui était incroyable : les oiseaux pouvaient utiliser les informations qu’ils trouvaient dans le ciel – même des répliques artificielles du ciel nocturne – pour naviguer.

Mais il y avait encore des questions sans réponse. Que regardaient les oiseaux dans le ciel nocturne et comment trouvaient-ils le bon chemin ?

Il y avait plusieurs hypothèses. Certains ont fait valoir que les oiseaux utilisaient une sorte d’horloge interne pour s’orienter vers les étoiles. Les étoiles changent de position au cours de la nuit et, vues de l’hémisphère nord, elles semblent tourner autour de Polaris, l’étoile polaire statique. Peut-être qu’ils sont nés avec un sens inné du temps et qu’ils apprennent où devraient être les étoiles à un moment donné. (De même, les humains savent qu’au coucher du soleil, ils peuvent trouver le soleil en regardant vers l’ouest.)

Emlen n’était pas sûr que ce soit vrai. Il s’est donc mis à le découvrir – avec l’aide du planétarium, de bruants indigo d’Amérique du Nord et d’une cage spéciale qu’il a inventée avec l’aide de son père (qui était également biologiste).

La cage avait la forme d’un entonnoir et les bruants – un bel oiseau chanteur de la taille d’un moineau qui migre la nuit – étaient placés dans le fond étroit de l’entonnoir. Cette conception, illustrée ci-dessous, garantissait que les oiseaux ne pouvaient regarder que ce qui se trouvait au-dessus d’eux (c’est-à-dire le « ciel »).

Avec l’aimable autorisation de Stephen Emlen

La partie supérieure de ces entonnoirs était recouverte de papier et les bases des cages – « juste des moules à pudding en aluminium », dit Emlen – comportaient un tampon encreur qui transformait les pattes des oiseaux en tampons. De petites empreintes aviaires apparaissaient de n’importe quel côté de l’entonnoir vers lequel l’oiseau tentait de voler. Le haut de l’entonnoir était recouvert de plexiglas ou d’un grillage, afin que l’oiseau ne puisse pas sortir – donc pas de caca dans le planétarium.

Au planétarium, Emlen pouvait bricoler le cosmos. Il a commencé par régler les étoiles à une autre heure de la nuit qu’elle ne l’était en réalité, détruisant les horloges biologiques des oiseaux. Pourtant, les oiseaux s’orienteraient toujours dans la bonne direction de leur migration. « Ils n’utilisaient pas d’horloge », dit Emlen.

Ainsi, les oiseaux pouvaient s’orienter quelle que soit l’heure de la nuit. Cela signifiait qu’ils se concentraient sur un autre aspect du ciel nocturne. Mais quoi?

Emlen a commencé un processus d’élimination minutieux. Comme il le décrit, il a « attaqué » le coûteux projecteur du planétarium, occultant systématiquement certaines étoiles. « Laissez-moi bloquer la Grande Ourse », se souvient-il avoir pensé. « Laissez-moi bloquer Cassiopée. » Peu importe les constellations omises du cosmos, les oiseaux pouvaient toujours s’orienter.

Le planétarium de Flint Michigan en 1966 avec des cages en entonnoir mises en place pour l’utilisation. Avec l’aimable autorisation de Stephen Emlen

« Je ne pouvais pas le lier à un motif d’étoile particulier », dit-il. «Je devais bloquer à peu près tout à environ 35 degrés de l’étoile polaire. Et quand cela s’est produit, les oiseaux ont agi comme s’ils n’avaient aucune idée.

Les oiseaux désemparés étaient un gros indice pour Emlen. Il sut alors que l’orientation avait quelque chose à voir avec la zone autour de l’étoile polaire – mais ne s’appuyait sur aucune des étoiles particulières qui l’entouraient.

C’était peut-être la tache dans le ciel qui ne tourne pas du tout.

Une autre expérience ambitieuse prouverait cette hypothèse correcte. Cette fois, Emlen n’a pas seulement amené des oiseaux dans un planétarium – il en a élevé certains à l’intérieur d’un. Encore une fois, il a modifié le projecteur du planétarium, non pas en bloquant les étoiles mais en changeant l’axe de la Terre. Il a choisi une nouvelle «étoile du Nord» stationnaire – Bételgeuse – pour que ses poussins puissent l’observer.

Remarquablement, les oiseaux élevés sous ce ciel altéré s’orienteraient vers Bételgeuse, car c’était le point fixe, lorsqu’ils étaient prêts à migrer.

De longues expositions de caméra révèlent que toutes les étoiles dans le ciel de l’hémisphère nord tournent autour de l’étoile polaire. Chunumunu/.

L’expérience a montré que les oiseaux sont préparés à la navigation nocturne non pas par une carte des étoiles innée, dit Emlen, mais en accordant « une attention particulière au mouvement du ciel. Ils sont programmés pour prêter attention à quelque chose, qui prend alors un sens.

Emlen ne sait toujours pas si les oiseaux recherchent une sorte de constellation pour se diriger vers le nord, une fois qu’ils ont appris où elle se trouve grâce au mouvement des étoiles. Nous, les humains, utilisons souvent la Grande Ourse pour trouver le nord.

« Différents oiseaux peuvent utiliser différentes configurations d’étoiles », explique Roswitha Wiltschko, une écologiste comportementale allemande qui a mené des expériences similaires sur la navigation des oiseaux. «Et apparemment, il y a une différence individuelle là-dedans. C’est une partie de l’orientation dont nous ne connaissons pas encore les détails.

Combien d’animaux regardent les étoiles ?

Au cours des décennies qui ont suivi ces expériences, les ornithologues en ont appris beaucoup plus sur la façon dont les oiseaux naviguent. Ils n’utilisent pas seulement une boussole stellaire, ils ont également une boussole magnétique, une boussole solaire et même une boussole olfactive. C’est incroyablement complexe. « Toutes ces choses s’entremêlent », dit Emlen, et les scientifiques ne savent toujours pas exactement comment ces différents systèmes de navigation fonctionnent ensemble. (Ils ne savent particulièrement pas comment les animaux utilisent ces intrants pour informer leur carte mentale de l’endroit où ils vont.)

Les scientifiques n’ont pas une idée précise du nombre d’espèces différentes d’oiseaux naviguant à la lumière des étoiles, mais les experts soupçonnent qu’il s’agit d’un nombre énorme. Plus généralement, les biologistes ne savent pas combien d’autres espèces regardent la lumière des étoiles. Sur la base des découvertes des dernières années, cette capacité s’est déjà manifestée dans des endroits surprenants.

Considérez le bousier, qui tire son nom de sa nourriture préférée, à savoir, euh, les excréments.

Ces créatures ont un champ visuel très limité, mais peuvent en fait voir la Voie lactée dans un ciel nocturne sombre. Un type particulier de bousier vit en Afrique du Sud, récupère le fumier et le roule en boules loin de la source, pour protéger sa nourriture.

Cela semble simple. « Mais d’une part, vous devez garder à l’esprit que cette balle est généralement plus grosse que le scarabée lui-même », explique James Foster, qui étudie les bousiers à l’Universität Würzburg. « Il est donc assez difficile de maintenir le cap. »

Un bousier avec un chapeau. Biologie actuelle

Voici la partie étonnante : « Ils ne se perdent vraiment pas à moins que vous ne leur fassiez un petit chapeau et que vous le mettiez sur leur tête », dit Foster. « Ils ne peuvent pas simplement regarder le sol et déterminer où ils vont. Ils ont vraiment besoin de pouvoir voir le ciel.

Comme Emlen, les collègues de Foster ont amené des coléoptères dans un planétarium et ont commencé à allumer et éteindre les étoiles, systématiquement. Ils ont découvert que les nuits où il y a une lune, les coléoptères l’utilisent pour s’orienter. Mais s’il n’y a pas de lune, « si vous éteignez tout le reste et allumez la Voie lactée, alors ils sont à nouveau orientés. C’est donc ce qui nous a amené à penser qu’ils utilisent la Voie lactée.

C’est assez étonnant. La lumière des étoiles à des dizaines de milliers d’années-lumière a encore assez de puissance pour exciter le système nerveux dans les yeux limités du modeste bousier, l’aidant à savoir où aller.

Que peut voir un bousier lorsqu’il regarde la Voie lactée ? Pas beaucoup. Les coléoptères ont un angle de vision d’environ quatre degrés de large. Un degré de vue correspond à peu près à la taille de votre vignette tenue à bout de bras. Cette image est une vue à 4 degrés sur la Voie lactée. C’est flou, mais vous pouvez toujours distinguer sa séquence de signature.The Royal Society

Mais cet ancien système de navigation est également menacé par les lumières de la ville. « La lumière artificielle… peut complètement masquer le genre de choses que les animaux recherchent », explique Foster. « Si vous mettez des bousiers sur le toit d’un immeuble au milieu de Johannesburg, alors ils se perdent complètement. C’est tout simplement beaucoup trop lumineux pour qu’ils puissent voir la Voie lactée, ce dont ils ont besoin. »

Foster ne sait pas combien d’animaux sur Terre peuvent s’orienter avec les étoiles – personne ne l’est – mais il soupçonne que cela pourrait être plus courant qu’on ne le pense actuellement. Il a été démontré que les phoques, les papillons de nuit et bien sûr les humains utilisent des étoiles. Mais il va de soi que changer le ciel nocturne – avec des lumières électriques et des satellites géocroiseurs brillants qui éclipsent les étoiles – pourrait continuer à gâcher la navigation d’un nombre incalculable de créatures.

Récemment, Emlen a vu quelque chose d’étonnant dans le ciel nocturne. « C’était tout un flux de ces bulles majeures qui ont traversé le ciel », dit-il. « Chacun de ces blobs était plus intense que la planète la plus brillante du ciel. »

Il dit que les blobs étaient des satellites SpaceX, récemment lancés pour fournir Internet aux zones reculées depuis l’orbite terrestre basse. À l’avenir, des dizaines de milliers de ces objets brillants pourraient être lancés dans la nuit. « Je pense que cela va complètement gâcher les oiseaux qui sont là-haut la nuit », dit-il.

Nous savons qu’il y a certaines choses auxquelles les oiseaux peuvent s’adapter. L’axe de la Terre vacille légèrement, ce qui signifie que Polaris ne sera pas l’étoile polaire pour toujours. En fait, dans environ 13 000 ans, l’étoile Vega prendra le poste. Nous savons par les bruants du planétarium que les oiseaux apprendront à le repérer. Ils feront attention aux changements dans les étoiles, dit Emlen, « et verrouillez tout ce qui fonctionne. »

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