De nombreuses espèces de rapaces nocturnes font tourner leur tête de 270 degrés dans chaque direction. L’oiseau regarde ainsi vers sa gauche en pivotant complètement vers la droite, et inversement. La question intriguait les spécialistes de l’imagerie cérébrale : comment un tel mouvement peut-il s’accomplir sans sectionner les artères ni couper l’irrigation du cerveau ?
Un mouvement qui devrait être fatal
Le docteur Philippe Gailloud, du service d’imagerie de la faculté de médecine de l’université Johns-Hopkins, résume le paradoxe. Les spécialistes des lésions provoquées chez l’humain par des traumatismes des artères de la tête et du cou s’étonnaient depuis longtemps qu’une telle torsion ne laisse pas les forêts jonchées de rapaces victimes d’accidents vasculaires.
Un ADN spécial permettrait aux rapaces nocturnes de voir si bien la nuit
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Chez l’humain, un mouvement aussi ample et rapide déchirerait la paroi interne des artères, entraînant la formation de caillots puis un accident vasculaire cérébral, sans compter les lésions cervicales. Les artères carotides et vertébrales de la plupart des animaux, humains comme rapaces, sont en effet fragiles et se lèsent facilement.
Du colorant, un scanner et des dissections
Pour observer ce qui se produit, l’équipe a travaillé sur une douzaine de spécimens morts. Un colorant a été injecté dans leurs vaisseaux sanguins, puis suivi par tomodensitométrie afin de visualiser sa progression dans les artères, comme le ferait le sang. Les chercheurs ont ensuite fait pivoter le crâne des animaux pour observer le comportement du réseau vasculaire.
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Une seconde étape a consisté à injecter une substance plastique dans les veines de spécimens de harfangs des neiges, de chouettes rayées et de grands-ducs d’Amérique, avant dissection, afin de cartographier précisément le trajet et la position des vaisseaux.
Ces travaux, publiés dans la revue Science, ont été menés par Fabian de Kok-Mercado, alors étudiant en illustration médicale à Johns Hopkins, avec Philippe Gailloud.
Des scientifiques ont enfin compris comment la chouette peut tourner la tête sans interrompre l’irrigation sanguine de son cerveau. © LagunaticPhoto, iStock
Des vertèbres percées de canaux surdimensionnés
Plusieurs caractéristiques inconnues jusque-là sont apparues. La première concerne les vertèbres cervicales. Elles sont traversées par des orifices bien plus larges que ceux des autres oiseaux ou des humains.
Chez l’humain, le canal a sensiblement le diamètre de l’artère qui le traverse. Chez ces rapaces, il est environ dix fois plus grand. Ces canaux abritent vraisemblablement des sacs aériens, qui amortissent le mouvement de torsion.
Détail remarquable, ces canaux élargis disparaissent au niveau des deux vertèbres inférieures du cou. Cette absence laisse du mou aux vaisseaux, qui peuvent ainsi accompagner la rotation sans être mis en tension.
Des réservoirs de sang près du cerveau
Les canaux élargis et cette réserve de longueur expliquent pourquoi les vaisseaux ne se rompent pas. Ils n’expliquent pas pourquoi l’irrigation ne s’interrompt pas, car une torsion aussi importante comprime nécessairement les conduits.
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L’observation suivante apporte une réponse. L’artère vertébrale s’élargit légèrement à mesure qu’elle approche du cerveau, ce qui va à l’encontre de la règle générale : à l’image d’un tronc d’arbre, les vaisseaux se rétrécissent habituellement en s’éloignant du cœur.
Ces zones dilatées fonctionneraient comme des réservoirs où le sang peut s’accumuler, fournissant au cerveau une réserve mobilisable pendant la rotation. Le réseau vasculaire proche du cerveau se distingue par ailleurs par son degré d’interconnexion. Une artère trigéminale persistante relie l’avant et l’arrière du cerveau, ce qui contribue à maintenir l’apport sanguin.
Pourquoi une telle contrainte
Reste à comprendre l’utilité de cette gymnastique. Elle découle de la structure de l’œil. Les yeux de ces rapaces sont tubulaires, construits presque comme des télescopes, ce qui leur confère une acuité visuelle remarquable. Cette forme a toutefois un coût : contrairement aux yeux à peu près sphériques des humains, ils ne peuvent pratiquement pas bouger dans leur orbite. L’animal doit donc tourner la tête pour changer de direction de regard. L’anatomie de son cou a évolué en conséquence, illustrant une adaptation complète où chaque contrainte en appelle une autre.