Voici comment les martin-pêcheurs plongeurs à grande vitesse peuvent éviter les commotions cérébrales.

Les modifications génétiques chez les martin-pêcheurs pourraient aider à amortir le choc lorsque les oiseaux plongent bec en avant dans l'eau pour attraper des poissons.

Une analyse du livre d'instructions génétiques de certains martin-pêcheurs plongeurs a identifié des changements dans les gènes liés à la fonction cérébrale ainsi qu'au développement de la rétine et des vaisseaux sanguins, ce qui pourrait protéger contre les dommages lors des plongées, rapportent les chercheurs le 24 octobre dans Communications Biology. Les résultats suggèrent que les différentes espèces de martin-pêcheurs plongeurs se sont peut-être adaptées pour survivre à leurs plongées sans dommage de la même manière, mais on ne sait pas encore comment les changements génétiques protègent les oiseaux.

Atteignant des vitesses allant jusqu'à 40 kilomètres par heure, les plongées des martin-pêcheurs exercent une pression potentiellement dommageable sur leur tête, leur bec et leur cerveau. Les oiseaux plongent de manière répétée, en heurtant leur tête contre l'eau de manière à provoquer des commotions cérébrales chez les humains, explique Shannon Hackett, biologiste de l'évolution et conservatrice au Field Museum de Chicago. "Il doit y avoir quelque chose qui les protège des terribles conséquences de heurter leur tête de manière répétée contre un substrat dur."

Hackett s'est d'abord intéressée à la protection des cerveaux des oiseaux lorsqu'elle travaillait avec l'équipe de hockey de son fils et commençait à se préoccuper des effets des coups répétés sur le cerveau humain. À peu près à la même époque, le biologiste de l'évolution Chad Eliason a rejoint le musée pour étudier les martin-pêcheurs et leur comportement de plongée en piqué.

Dans la nouvelle étude, Hackett, Eliason et leurs collègues ont analysé le génome complet de 30 espèces de martin-pêcheurs, certaines plongeant en piqué et d'autres non, à partir d'échantillons congelés et stockés au musée. Les oiseaux conservés provenaient du monde entier ; certaines espèces de plongée provenaient de zones continentales et d'autres d'îles et ont évolué pour plonger de manière indépendante plutôt que d'un ancêtre plongeur en piqué. L'équipe voulait savoir si les différentes espèces de plongée avaient évolué de manière similaire avec des changements génétiques pour arriver aux mêmes comportements. De nombreuses espèces de martin-pêcheurs ont développé ce comportement, mais il n'était pas clair si c'était par convergence génétique, similaire à la façon dont de nombreuses espèces d'oiseaux ont perdu leur capacité de vol ou à la façon dont les chauves-souris et les dauphins ont développé indépendamment l'écholocation.

Des études antérieures avaient trouvé une convergence sur la forme du bec, rendant les martin-pêcheurs plongeurs longs et pointus, ce qui leur permettrait de plonger plus efficacement dans l'eau. "Adaptent-ils tous [leur comportement de plongée en piqué] de la même manière avec leur bec, leur cerveau... et leurs gènes ?" se demandait Hackett.

L'analyse a révélé des preuves de 93 gènes modifiés qui semblaient signaler une convergence génétique. Parmi ceux-ci, un se démarquait : il s'agissait d'une modification dans un gène contenant les instructions pour la fabrication de la protéine tau, qui, lorsqu'elle fonctionne normalement, contribue à stabiliser la structure des cellules et pourrait être un changement pour aider les oiseaux à s'adapter à la plongée, suggère l'équipe.

Chez les humains, la tau a été impliquée dans des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et apparaît en amas dans les tissus cérébraux des personnes ayant subi plusieurs commotions cérébrales. "C'est une hypothèse très intéressante selon laquelle la même protéine [tau] a été réutilisée pour atténuer ces impacts violents" chez les martin-pêcheurs, déclare Tim Sackton, généticien à l'Université Harvard qui n'a pas participé à l'étude.

Mais, dit-il, le type d'analyse génétique réalisée dans l'étude est délicat. Certains des gènes convergents identifiés pourraient être dus au hasard et ne pas être liés à l'évolution du comportement de plongée en piqué. Des études plus approfondies pour identifier quels changements génétiques sont pertinents pour le comportement de plongée sont nécessaires.

Les prochaines étapes consistent à tester ce que font ces mutations génétiques et les protéines qui en résultent, en particulier la tau, chez les martin-pêcheurs, et comment les différences génétiques chez les espèces plongeantes pourraient les protéger. Si des études similaires permettent de comprendre comment les oiseaux protègent leur cerveau, les résultats pourraient éventuellement être appliqués au développement de stratégies protectrices contre les commotions cérébrales et les lésions cérébrales chez l'homme. Mais cela relève de l'avenir lointain.

"Nous avons encore beaucoup à apprendre sur la manière dont le génotype et toutes ses modifications se transforment en ce que nous voyons dans le monde naturel", explique Hackett. "Nous en sommes encore aux prémices de ces questions."

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