29.5 : Oiseaux

Compétences à développer

• Décrire l'histoire évolutive des oiseaux
• Décrire les caractéristiques dérivées des oiseaux qui facilitent le vol

La caractéristique la plus évidente qui distingue les oiseaux des autres vertébrés modernes est la présence de plumes, qui sont des écailles modifiées. Alors que les vertébrés, comme les chauves-souris, volent sans plumes, les oiseaux dépendent des plumes et des ailes, ainsi que d'autres modifications de la structure corporelle et de la physiologie, pour voler.

Caractéristiques des oiseaux

Les oiseaux sont endothermes et, comme ils volent, ils ont besoin de grandes quantités d'énergie, ce qui nécessite un taux métabolique élevé. Comme les mammifères, qui sont également endothermes, les oiseaux possèdent un revêtement isolant qui retient la chaleur dans le corps : des plumes. Les plumes spécialisées appelées plumes sont particulièrement isolantes et retiennent l'air dans les espaces entre chaque plume afin de réduire le taux de perte de chaleur. Certaines parties du corps d'un oiseau sont recouvertes de plumes de duvet, tandis que la base des autres plumes comporte une partie duveteuse, tandis que les oiseaux nouvellement éclos sont recouvertes de duvet.

Les plumes agissent non seulement comme isolantes, mais elles permettent également le vol, permettant ainsi la portance et la poussée nécessaires pour décoller. Les plumes d'une aile sont flexibles, de sorte que les plumes collectives se déplacent et se séparent lorsque l'air les traverse, réduisant ainsi la résistance sur l'aile. Les plumes de vol sont asymétriques, ce qui affecte la circulation de l'air au-dessus de celles-ci et fournit une partie de la force de levage et de poussée requise pour le vol (Figure\(\PageIndex{1}\)). Deux types de plumes de vol se trouvent sur les ailes, les plumes primaires et les plumes secondaires. Les plumes primaires sont situées à l'extrémité de l'aile et fournissent la poussée. Les plumes secondaires sont situées plus près du corps, se fixent à la partie avant-bras de l'aile et assurent la portance. Les plumes profilées sont les plumes que l'on trouve sur le corps et elles aident à réduire la résistance au vent pendant le vol. Ils créent une surface lisse et aérodynamique qui permet à l'air de circuler en douceur sur le corps de l'oiseau, ce qui permet un vol efficace.

Figure\(\PageIndex{1}\) : Les plumes primaires sont situées à l'extrémité de l'aile et fournissent de la poussée ; les plumes secondaires sont situées près du corps et assurent la portance.

Le battement de l'aile entière se produit principalement sous l'action des muscles de la poitrine, du pectoral et du supracoracoïde. Ces muscles sont très développés chez les oiseaux et représentent un pourcentage plus élevé de la masse corporelle que chez la plupart des mammifères. Elles s'attachent à une quille en forme de lame, comme celle d'un bateau, située sur le sternum. Le sternum des oiseaux est plus gros que celui des autres vertébrés, ce qui permet d'absorber les gros muscles nécessaires pour générer une force ascendante suffisante pour générer de la portance lorsque les ailes battent. Une autre modification du squelette observée chez la plupart des oiseaux est la fusion des deux clavicules (clavicules), formant la furcula ou triangule. La furcula est suffisamment souple pour se courber et soutenir la ceinture scapulaire lors du battement.

Une condition importante du vol est un faible poids corporel. À mesure que le poids corporel augmente, la production musculaire requise pour voler augmente. Le plus gros oiseau vivant est l'autruche et, bien qu'elle soit beaucoup plus petite que les plus grands mammifères, elle ne vole pas. Pour les oiseaux qui volent, la réduction du poids corporel facilite le vol. Plusieurs modifications ont été constatées chez les oiseaux pour réduire le poids corporel, notamment la pneumatisation des os. Les os pneumatiques sont des os creux plutôt que remplis de tissu (Figure\(\PageIndex{2}\)). Ils contiennent des espaces d'air qui sont parfois reliés à des sacs d'air, et ils sont dotés d'entretoises osseuses qui fournissent un renforcement structurel. Les os pneumatiques ne se trouvent pas chez tous les oiseaux, et ils sont plus étendus chez les grands oiseaux que chez les petits oiseaux. Tous les os du squelette ne sont pas pneumatiques, bien que le crâne de presque tous les oiseaux le soit.

Figure\(\PageIndex{2}\) : De nombreux oiseaux ont des os creux et pneumatiques, ce qui facilite le vol.

Parmi les autres modifications qui réduisent le poids, citons l'absence de vessie. Les oiseaux possèdent un cloaque, une structure qui permet à l'eau d'être réabsorbée par les déchets dans la circulation sanguine. L'acide urique n'est pas expulsé sous forme liquide mais est concentré en sels d'urate, qui sont expulsés avec les matières fécales. De cette façon, l'eau n'est pas retenue dans la vessie, ce qui augmenterait le poids corporel. La plupart des espèces d'oiseaux ne possèdent qu'un seul ovaire au lieu de deux, ce qui réduit encore la masse corporelle.

Les sacs aériens qui s'étendent dans les os pour former des os pneumatiques se joignent également aux poumons et fonctionnent dans la respiration. Contrairement aux poumons des mammifères dans lesquels l'air circule dans deux directions, lorsqu'il est inhalé et expulsé, le flux d'air qui traverse les poumons des oiseaux se déplace dans une seule direction (Figure\(\PageIndex{3}\)). Les sacs d'air permettent ce flux d'air unidirectionnel, qui crée également un système d'échange de courants croisés avec le sang. Dans un système à courant croisé ou à contre-courant, l'air circule dans une direction et le sang dans la direction opposée, créant ainsi un moyen d'échange de gaz très efficace.

Figure\(\PageIndex{3}\) : La respiration aviaire est un système efficace d'échange de gaz dans lequel l'air circule de manière unidirectionnelle. Lors de l'inhalation, l'air passe de la trachée aux sacs d'air postérieurs, puis passe par les poumons pour atteindre les sacs aériens antérieurs. Les sacs gonflables sont reliés à l'intérieur creux des os. Pendant l'expiration, l'air des sacs d'air passe dans les poumons et sort de la trachée. (crédit : modification de l'œuvre de L. Shyamal)

Évolution des oiseaux

L'histoire évolutive des oiseaux est encore peu claire. En raison de la fragilité des os des oiseaux, ils ne se fossilisent pas aussi bien que les autres vertébrés. Les oiseaux sont des diapsides, c'est-à-dire qu'ils ont deux fenestrations ou ouvertures dans leur crâne. Les oiseaux appartiennent à un groupe de diapsides appelé archosaures, qui comprend également des crocodiles et des dinosaures. Il est communément admis que les oiseaux ont évolué à partir de dinosaures.

Les dinosaures (y compris les oiseaux) sont subdivisés en deux groupes, les Saurischia (« semblables à des lézards ») et les Ornithischia (« semblables à des oiseaux »). Malgré les noms de ces groupes, ce ne sont pas les dinosaures ressemblant à des oiseaux qui ont donné naissance aux oiseaux modernes. Les Saurischia divergeaient plutôt en deux groupes : l'un comprenait les dinosaures herbivores à long cou, tels que l'Apatosaurus. Le deuxième groupe, les prédateurs bipèdes appelés théropodes, comprend les oiseaux. Ce cours d'évolution est suggéré par les similitudes entre les fossiles de théropodes et les oiseaux, en particulier dans la structure des os de la hanche et du poignet, ainsi que par la présence du triangle, formé par la fusion des clavicules.

L'Archaeopteryx, qui date de la période jurassique (Figure\(\PageIndex{4}\)), est un fossile important d'un animal intermédiaire par rapport aux dinosaures et aux oiseaux. L'archéopteryx joue un rôle important dans l'établissement de la relation entre les oiseaux et les dinosaures, car il s'agit d'un fossile intermédiaire, ce qui signifie qu'il possède des caractéristiques à la fois des dinosaures et des oiseaux. Certains scientifiques proposent de le classer comme un oiseau, mais d'autres préfèrent le classer comme un dinosaure. Le squelette fossilisé d'Archaeopteryx ressemble à celui d'un dinosaure ; il avait des dents alors que les oiseaux n'en ont pas, mais il possédait également des plumes modifiées pour le vol, une caractéristique associée uniquement aux oiseaux chez les animaux modernes. Des fossiles de vieux dinosaures à plumes existent, mais les plumes n'ont pas les caractéristiques des plumes de vol.

Figure\(\PageIndex{4}\) : (a) Archaeopteryx a vécu à la fin du Jurassique il y a environ 150 millions d'années. Il avait des dents semblables à celles d'un dinosaure, mais avait (b) des plumes de vol semblables à celles des oiseaux modernes, que l'on peut voir dans ce fossile.

On ne sait toujours pas exactement comment le vol a évolué chez les oiseaux. Deux théories principales existent, l'hypothèse arboricole (« arbre ») et l'hypothèse terrestre (« terre »). L'hypothèse arboricole suppose que les oiseaux modernes, qui vivent dans les arbres, sautaient d'une branche à l'autre à l'aide de leurs plumes pour planer avant de devenir pleinement capables de voler en battement. En revanche, l'hypothèse terrestre soutient que la course à pied stimulait le vol, car les ailes pouvaient être utilisées pour améliorer la course, puis être utilisées pour voler en battement. Tout comme la question de l'évolution du vol, la question de l'évolution de l'endothermie chez les oiseaux est toujours sans réponse. Les plumes fournissent une isolation, mais cela n'est bénéfique que si la chaleur corporelle est produite à l'intérieur. De même, la production de chaleur interne n'est viable que si une isolation est présente pour retenir cette chaleur. Il a été suggéré que l'un ou l'autre, les plumes ou l'endothermie, a évolué en réponse à une autre pression sélective.

Au Crétacé, un groupe connu sous le nom d'Enantiornithes était le type d'oiseau dominant (Figure\(\PageIndex{5}\)). Enantiornithes signifie « oiseaux opposés », ce qui fait référence au fait que certains os des pieds sont joints différemment de la manière dont les os sont joints chez les oiseaux modernes. Ces oiseaux ont formé une lignée évolutive distincte des oiseaux modernes et ils n'ont pas survécu au-delà du Crétacé. Outre les Enantiornithes, les oiseaux Ornithurae (la lignée évolutive qui inclut les oiseaux modernes) étaient également présents au Crétacé. Après l'extinction des énantiornithes, les oiseaux modernes sont devenus l'oiseau dominant, avec un important rayonnement survenant pendant l'ère cénozoïque. Appelés Neornithes (« nouveaux oiseaux »), les oiseaux modernes sont maintenant classés en deux groupes, les Paléognathae (« vieille mâchoire ») ou ratites, un groupe d'oiseaux incapables de voler comprenant des autruches, des émeus, des nandous et des kiwis, et les Neognathae (« nouvelle mâchoire »), qui incluent tous les autres oiseaux.

Figure\(\PageIndex{5}\) : Shanweiniao cooperorum était une espèce d'énantiornithes qui n'a pas survécu après le Crétacé. (crédit : Nobu Tamura)

Career Connection : vétérinaire

Les vétérinaires traitent les maladies, les troubles et les blessures chez les animaux, principalement chez les vertébrés. Ils soignent les animaux domestiques, le bétail et les animaux dans les zoos et les laboratoires. Les vétérinaires soignent généralement les chiens et les chats, mais aussi les oiseaux, les reptiles, les lapins et d'autres animaux élevés comme animaux de compagnie. Les vétérinaires qui travaillent dans les fermes et les ranchs soignent les porcs, les chèvres, les vaches, les moutons et les chevaux.

Les vétérinaires doivent obtenir un diplôme en médecine vétérinaire, qui comprend des cours de physiologie, d'anatomie, de microbiologie et de pathologie animales, entre autres cours. La physiologie et la biochimie des différentes espèces de vertébrés sont très différentes.

Les vétérinaires sont également formés pour effectuer des interventions chirurgicales sur de nombreuses espèces de vertébrés, ce qui nécessite de comprendre les anatomies très différentes des différentes espèces. Par exemple, l'estomac des ruminants, comme les vaches, comporte quatre compartiments contre un compartiment pour les non-ruminants. Les oiseaux possèdent également des adaptations anatomiques uniques qui leur permettent de voler.

Certains vétérinaires mènent des recherches dans des milieux universitaires, élargissant ainsi nos connaissances sur les animaux et les sciences médicales. L'un des domaines de recherche consiste à comprendre la transmission des maladies animales aux humains, appelées zoonoses. Par exemple, la transmission du virus de la grippe aviaire à l'homme est très préoccupante. Un type de virus de la grippe aviaire, le H5N1, est une souche hautement pathogène qui se propage chez les oiseaux en Asie, en Europe, en Afrique et au Moyen-Orient. Bien que le virus ne passe pas facilement à l'homme, des cas de transmission d'oiseaux à humains ont été signalés. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre comment ce virus peut franchir la barrière des espèces et comment sa propagation peut être empêchée.

Résumé

Les oiseaux sont endothermes, c'est-à-dire qu'ils produisent leur propre chaleur corporelle et régulent leur température interne indépendamment de la température extérieure. Les plumes agissent non seulement comme isolantes, mais elles permettent également de voler, en fournissant de la portance avec les plumes secondaires et de la poussée avec les plumes primaires. Les os pneumatiques sont des os creux plutôt que remplis de tissu, contenant des espaces d'air qui sont parfois reliés à des sacs d'air. Le flux d'air qui traverse les poumons des oiseaux se déplace dans une seule direction, créant un échange de courants croisés avec le sang. Les oiseaux sont des diapsides et appartiennent à un groupe appelé archosaures. On pense que les oiseaux ont évolué à partir de dinosaures théropodes. Le plus ancien fossile connu d'un oiseau est celui d'Archaeopteryx, qui date de la période jurassique. Les oiseaux modernes sont maintenant classés en deux groupes, les Paléognathae et les Neognathae.

Lexique

Archéoptéryx

espèces de transition du dinosaure à l'oiseau de la période jurassique

plume de contour

plume qui crée une surface aérodynamique pour un vol efficace

plume de duvet

plume spécialisée pour l'isolation

Enantiornithes

groupe d'oiseaux dominant au Crétacé

plume de vol

plume spécialisée pour le vol

furcula

triangle formé par la fusion des clavicules

Néognathae

oiseaux autres que les Paléognathae

Néornithes

oiseaux modernes

Paléognathae

ratites ; oiseaux incapables de voler, y compris les autruches et les émeus

os pneumatique

os rempli d'air

plume principale

plume située à l'extrémité de l'aile qui fournit la poussée

plume secondaire

plume située à la base de l'aile qui assure la portance

théropode

groupe de dinosaures ancestral aux oiseaux