Comment refroidir votre cerveau ? Ces animaux à sang chaud utilisent leur nez

Une équipe de recherche dirigée par Seishiro Tada et Takanobu Tsuihiji de l’Université de Tokyo montre que les descendants vivants à sang chaud de dinosaures théropodes, aidés par des cavités nasales plus grandes, ont développé un meilleur système de refroidissement nasal que les animaux à sang froid. L’étude, publiée dans la revue Science ouverte de la Société royalefournit des indices sur l’évolution du refroidissement nasal chez les animaux à sang chaud depuis leurs ancêtres dinosaures théropodes.

Les endothermes, ou animaux à sang chaud, maintiennent leur température corporelle élevée grâce à des sources de chaleur internes. Les oiseaux, les humains et les autres mammifères sont des endothermes. Mais les ectothermes, ou animaux à sang froid comme les reptiles, utilisent des sources de chaleur externes pour se réchauffer. Les humains recherchent la climatisation ou une boisson fraîche par une chaude journée d’été pour se rafraîchir. Comment les autres animaux évitent-ils de surchauffer ou de faire frire leur cerveau sensible à la chaleur ? La réponse pourrait être dans leur nez.

Chez les endothermes comme les oiseaux, les mammifères et vous, le nez non seulement renifle les odeurs et les puanteurs, mais facilite également l’échange de chaleur grâce aux petites structures ondulantes en forme de volutes appelées cornets respiratoires constitués de tissu osseux et cartilagineux. Ils peuvent aider à humidifier l’air inhalé et à échanger la chaleur du sang en circulation, ce qui peut refroidir le cerveau.

Une étude précédente a montré que la taille de la cavité nasale chez les ectothermes et les endothermes est en corrélation avec la taille du corps. « Mais son rôle physiologique a été controversé », a déclaré Seishiro Tada, un étudiant diplômé de l’Université de Tokyo. Une grande cavité nasale aide-t-elle à maintenir la température de tout le corps grâce à la circulation sanguine ou simplement à refroidir les gros cerveaux des endothermes ? Si c’est pour refroidir leur cerveau, les endothermes avec des cerveaux plus gros pourraient avoir des cavités nasales plus grandes et un refroidissement efficace aidé par les cornets. Pour tester cela, les chercheurs ont cherché à clarifier le rôle principal des cornets respiratoires et la fonction physiologique de la cavité nasale des dinosaures non aviaires et de leurs descendants vivants.

L’équipe a étudié les spécimens de tête de 51 endothermes et ectothermes actuels, et un crâne d’un dinosaure théropode appelé Velociraptor mongoliensis en utilisant la tomographie par ordinateur ou la tomodensitométrie et en recréant leurs structures nasales. Ils ont découvert que par rapport aux ectothermes, les endothermes ont des cornets bien développés et une cavité nasale relativement plus grande pour la taille de leur tête, et non pour la taille de leur corps comme on le pensait auparavant. Cela signifie que la grande cavité nasale aide à refroidir leur cerveau.

Les chercheurs ont également découvert que le dinosaure théropode non volant Velociraptor mongoliensis avait une cavité nasale plus petite et ne pouvait donc pas réguler la température aussi efficacement que ses descendants actuels, les oiseaux, faisant allusion à un cerveau relativement moins développé qui n’avait pas besoin d’un refroidissement efficace. Peut-être utilisaient-ils d’autres moyens pour refroidir leur cerveau brûlant ; c’est encore un mystère. Le système de refroidissement nasal a peut-être évolué parallèlement aux modifications de la structure de leur crâne que nous voyons maintenant dans les endothermes modernes.

Tada a été agréablement surpris par « le scénario possible de l’évolution du crâne observé dans la lignée dinosaure-oiseau que personne n’avait jamais remarquée auparavant ». Il a noté: « Nos découvertes soulignent l’importance du nez pour déduire la physiologie des formes fossiles telles que les dinosaures et nous permettent d’étudier l’évolution de la modification drastique du crâne des dinosaures théropodes non volants aux oiseaux modernes sous un nouvel angle. »