Gros plan d'un lézard Anolis avec une bulle de respiration sur son museau. XNUMX crédit
Une équipe de biologistes évolutionnistes de l'Université de Toronto a montré que les lézards Anolis, ou anoles, sont capables de respirer sous l'eau à l'aide d'une bulle accrochée à leur museau.
Les anoles sont un groupe diversifié de lézards que l'on trouve dans les Amériques tropicales. Certains anoles sont des spécialistes des cours d'eau, et ces espèces semi-aquatiques plongent fréquemment sous l'eau pour éviter les prédateurs, où elles peuvent rester immergées jusqu'à 18 minutes.
"Nous avons découvert que les anoles semi-aquatiques exhalent de l'air dans une bulle qui s'accroche à leur peau", explique Chris Boccia, récemment diplômé d'une maîtrise ès sciences du Département d'écologie et de biologie évolutive (EEB) de la Faculté des arts et des sciences. Boccia est l'auteur principal d'un article décrivant la découverte publiée cette semaine dans Current Biology.
"Les lézards réinhalent ensuite l'air", explique Boccia, "une manœuvre que nous avons appelée" réinspiration "d'après la technologie de la plongée sous-marine."
Les chercheurs ont mesuré la teneur en oxygène (O2) de l'air dans les bulles et ont constaté qu'elle diminuait avec le temps, confirmant que l'air réinspiré est impliqué dans la respiration.
La réinspiration a probablement évolué parce que la capacité de rester immergé plus longtemps augmente les chances du lézard d'échapper aux prédateurs.
Un lézard Anolis submergé avec une bulle de respiration sur son museau. XNUMX crédit
Les auteurs ont étudié six espèces d'anoles semi-aquatiques et ont découvert que toutes possédaient le trait de respiration, bien que la plupart des espèces soient éloignées. Bien que la réinspiration ait été largement étudiée chez les arthropodes aquatiques comme les coléoptères aquatiques, elle n'était pas attendue chez les lézards en raison des différences physiologiques entre les arthropodes et les vertébrés.
"La réinspiration n'avait jamais été considérée comme un mécanisme naturel potentiel de la respiration sous-marine chez les vertébrés", explique Luke Mahler, professeur adjoint à l'EEB et directeur de thèse de Boccia. "Mais nos travaux montrent que cela est possible et que les anoles ont déployé cette stratégie à plusieurs reprises chez les espèces qui utilisent les habitats aquatiques."
Mahler et le co-auteur Richard Glor, de l'Université du Kansas, ont observé pour la première fois des anoles en train de respirer en Haïti en 2009, mais n'ont pas pu effectuer d'autres observations ou expériences. Un autre co-auteur, Lindsey Swierk, de l'Université de Binghamton, Université d'État de New York, a décrit le même comportement chez une espèce du Costa Rica en 2019. Ces premières observations suggéraient que la réinspiration était une adaptation à la plongée, mais cette idée n'avait pas été testée jusqu'à ce que à présent.
La boccia s'est intéressée aux anoles aquatiques après en avoir rencontré une au Panama. Il a commencé ses recherches sur la réinspiration au Costa Rica en 2017 et a poursuivi ses recherches en Colombie et au Mexique.
Comme le soulignent les auteurs, le trait de respiration peut s'être développé parce que la peau des anoles est hydrophobe - elle repousse l'eau - une caractéristique qui a probablement évolué chez les anoles car elle les protège de la pluie et des parasites. Sous l'eau, des bulles d'air s'accrochent à la peau hydrophobe, et la capacité d'exploiter ces bulles pour respirer s'est développée en conséquence.
Alors que des travaux supplémentaires sont nécessaires pour comprendre comment le processus fonctionne en détail, Boccia, Mahler et leurs co-auteurs suggèrent différentes façons dont la réinspiration peut fonctionner.
Dans sa forme la plus simple, la bulle d'air sur le museau d'un lézard agit probablement comme une bouteille de plongée, fournissant à un animal submergé un apport d'air en plus de l'air dans ses poumons. C'est ce que font les arthropodes aquatiques comme les coléoptères aquatiques pour prolonger le temps qu'ils peuvent rester immergés.
Les chercheurs suggèrent également que le processus de respiration peut faciliter l'utilisation de l'air trouvé dans les voies nasales, la bouche et la trachée d'un lézard qui, autrement, ne serait pas utilisé par le lézard pour respirer.
La bulle peut également aider à éliminer les déchets de dioxyde de carbone (CO2) de l'air expiré grâce à un processus que d'autres chercheurs ont déjà observé chez les arthropodes aquatiques. Ces études ont conclu que parce que le CO2 est très soluble dans l'eau et parce que le niveau de CO2 dans les bulles est plus élevé que dans l'eau environnante, le CO2 expiré se dissout dans l'eau environnante plutôt que d'être réinhalé.
Enfin, les auteurs spéculent que la bulle peut agir comme une branchie et absorber l'oxygène de l'eau - encore une fois, quelque chose déjà observé chez les arthropodes. Boccia et Mahler prévoient d'autres recherches pour confirmer si ces processus de respiration se produisent avec les anoles.
Selon Mahler, «Ce travail enrichit notre compréhension des façons créatives et inattendues dont les organismes relèvent les défis posés par leur environnement. C'est précieux en soi, mais des découvertes comme celle-ci peuvent également être précieuses pour les humains alors que nous cherchons des solutions à nos propres problèmes difficiles.
"Il est trop tôt pour dire si la réinspiration des lézards conduira à des innovations humaines particulières", déclare Boccia, "Mais le biomimétisme de la réinhalation peut être une proposition intéressante pour plusieurs domaines - y compris la technologie de réinhalation en plongée sous-marine, qui a motivé notre dénomination de ce phénomène. ”
Référence : « Évolution répétée de la réinspiration sous-marine en plongée Anolis lézards" par Christopher K. Boccia, Lindsey Swierk, Fernando P. Ayala-Varela, James Boccia, Isabela L. Borges, Camilo Andres Estupiñán, Alexandra M. Martin, Ramón E. Martínez-Grimaldo, Sebastian Ovalle, Shreeram Senthivasan, Ken S Toyama, María del Rosario Castañeda, Andrés García, Richard E. Glor et D. Luke Mahler, 12 mai 2021, Current Biology.
DOI : 10.1016/j.cub.2021.04.040
La participation de Mahler à la recherche a été appuyée par une subvention à la découverte du CRSNG et une bourse de recherche sur le terrain Ken Miyata de l'Université Harvard. La participation de Boccia a été soutenue par une subvention CGS M du CRSNG, une subvention National Geographic Young Explorer et une subvention Sigma Xi d'aide à la recherche.
