De nouvelles recherches révèlent comment l’anatomie interne surprenante du casque du calao à casque lui permet de résister aux dommages causés par les joutes aériennes avec ses rivaux. Les chercheurs espèrent que cette nouvelle compréhension pourra contribuer à la conservation de cette espèce en danger critique d’extinction, ainsi qu’à la mise au point de matériaux biomimétiques résistants aux chocs.
« Lorsque j’ai commencé à Hong Kong, j’ai visité le groupe de criminalistique de conservation de l’Université de la Ville de Hong Kong (HKU) pour discuter de leurs recherches et ils m’ont présenté cet oiseau étonnant, son anatomie crânienne bizarre et les menaces que représente pour l’espèce le commerce illégal d’espèces sauvages », explique le Dr Mason Dean, professeur associé d’anatomie comparée à HKU.
Le calao à casque (Rhinoplax vigil) est prisé dans le commerce illégal d’espèces sauvages pour sa «casque» bulbeuse, une protubérance en forme de casque sur le devant de son crâne. Bien que les casques soient un ornement commun chez les calaos, ils semblent jouer des rôles différents selon les espèces. En particulier, alors que les casques de la plupart des espèces sont creux, celui du calao à casque est recouvert d’une épaisse couche de kératine (« ivoire de calao ») et rempli d’un réseau osseux exceptionnellement dense.
« À mesure que j’en apprenais davantage sur cette espèce, j’ai découvert dans un musée une coupe transversale d’un crâne séché, révélant un étonnant amas de travées dans le casque », explique le Dr Dean. « Lorsque j’ai entendu dire que certains individus étaient connus pour écraser leurs casques les uns contre les autres lors de démonstrations aériennes, j’ai tout simplement voulu en savoir plus sur leur morphologie fonctionnelle. »
Les trabécules (entretoises interconnectées à l’intérieur des os des vertébrés) sont l’un des moyens par lesquels les os offrent une grande résistance et une grande résistance au flambage, aux endroits où les os en ont le plus besoin.
« Comprendre l’anatomie du calao et la façon dont elle permet ce comportement de joute peut donc nous donner des indices sur l’écologie de cet animal insaisissable et sur les aspects fondamentaux de son cycle de vie et de sa santé », explique le Dr Dean.
« L’anatomie fonctionnelle du calao étant pratiquement inexplorée, nos découvertes ouvriront idéalement de nouvelles perspectives sur la conception bio-inspirée de composites hautes performances capables de tolérer les dommages causés par des collisions répétées », poursuit le Dr Dean. « Nous sommes particulièrement enthousiasmés par l’idée que le calao à casque pourrait servir de modèle pour des matériaux légers résistants aux chocs, car cela pourrait apporter des solutions dans les domaines où la gestion des collisions est vitale, des casques aux véhicules et aux roues des rover aérospatiaux. »
Le Dr Dean et son équipe ont utilisé la microCT pour observer l’intérieur des différentes structures du casque.
« Nous nous sommes attachés à comprendre les architectures hiérarchiques du crâne, en unissant la biologie, la science des matériaux et les techniques d’ingénierie », explique-t-il. « Nous disposons de suffisamment d’échantillons pour pouvoir comparer les mâles et les femelles, certains spécimens présentant encore une certaine souplesse articulaire et d’autres présentant une rhamphothèque (la gaine de kératine du casque et de la mandibule) pouvant glisser. »
« Une fois le projet lancé, de nombreux passionnés de calaos sont venus nous aider », explique le Dr Dean. « Nous avons pu obtenir une image détaillée et quantitative de la construction du casque, de la façon dont l’os interagit avec la kératine et du réseau complexe de travées osseuses soutenant la surface d’impact du crâne. »
Le Dr Dean et son équipe ont découvert que les travées du calao étaient en moyenne aussi épaisses, voire plus épaisses, que celles du fémur d’un éléphant, bien qu’elles appartiennent à un animal beaucoup plus petit, contrairement à la tendance courante selon laquelle les travées s’agrandissent avec la taille de l’animal.
« J’ai utilisé la microCT pour observer une grande diversité de squelettes d’animaux, mais je n’ai jamais vu de travées osseuses comme celles que nous avons trouvées chez le calao », explique le Dr Dean.
« Cette masse de travées se dirige ensuite vers la boîte crânienne, comme un faisceau de racines de banian, convergeant vers une plate-forme osseuse beaucoup plus renforcée que chez d’autres calaos et espèces apparentées que nous avons étudiées », explique le Dr Dean. « Toutes ces caractéristiques anatomiques commencent à donner une idée de la façon dont le crâne du calao à casque est adapté pour résister à l’un des impacts biologiques les plus rapides connus, où les mâles se heurtent dans des « joutes aériennes » à la vitesse d’une collision automobile. »
En raison du commerce illégal d’espèces sauvages, notamment en Asie où travaillent le Dr Dean et son équipe, cette espèce est désormais classée en danger critique d’extinction sur la Liste rouge des espèces menacées de l’UICN, une grande partie de son commerce illégal passant par Hong Kong à destination de la Chine continentale.
« Le calao à casque est l’une des plus grandes espèces de calaos d’Asie. La kératine qui recouvre son casque a toujours été une cible pour le marché de l’art et des antiquités, qui souhaitaient la sculpter en objets d’ornement pour la faune sauvage », explique le Dr Dean. « Un grand nombre de nos spécimens de crânes contenaient encore les balles qui avaient probablement tué l’animal. »
« Comme l’espèce est insaisissable et difficile à observer dans la nature, il est impératif d’améliorer les connaissances sur sa biologie, de préserver son habitat, de protéger les populations sauvages en déclin et de développer de meilleurs outils pour identifier les produits de la faune sauvage », ajoute-t-il. « Nous espérons que des projets comme le nôtre contribueront à la compréhension de l’histoire naturelle des espèces et à sensibiliser le public aux défis liés à la perte de biodiversité, tout en montrant idéalement aux scientifiques que les mesures de conservation ne doivent pas uniquement venir des biologistes de la conservation. »
Cette recherche est présentée à la Conférence annuelle de la Société de biologie expérimentale à Prague du 2 au 5 juillet 2024.