Comment le cerveau des oiseaux a évolué pour leur permettre de voler

Les biologistes évolutionnistes de Johns Hopkins Medicine ont fait des progrès significatifs dans la compréhension de la façon dont le cerveau des oiseaux a évolué pour permettre le vol.

En intégrant des TEP de pigeons contemporains à des analyses de fossiles de dinosaures, la recherche met en lumière un mystère biologique de longue date : le développement des capacités de vol des oiseaux grâce à l’évolution du cerveau.

Région cérébrale du cervelet des oiseaux et évolution du vol

La découverte clé est l’élargissement adaptatif du cervelet chez certains vertébrés fossiles. Cette région cérébrale, cruciale pour le mouvement et le contrôle moteur, semble avoir joué un rôle central dans ce processus évolutif.

Pendant des années, les scientifiques ont spéculé sur l’importance de la région du cervelet du cerveau dans le vol des oiseaux, mais manquaient de preuves concrètes.

Pour combler cette lacune, la présente étude juxtapose les données de TEP de pigeons modernes en vol avec les archives fossiles d’anciens dinosaures.

« Le vol propulsé parmi les vertébrés est un événement rare dans l’histoire de l’évolution », déclare le Dr Amy Balanoff, professeur adjoint à Johns Hopkins et auteur principal de l’étude.

Remarquablement, seuls trois groupes de vertébrés – les ptérosaures, les chauves-souris et les oiseaux – ont réussi cet exploit, chacun évoluant indépendamment sur l’arbre évolutif.

Au-delà des adaptations physiques

Le Dr Balanoff et son équipe sont allés au-delà des adaptations physiques externes pour explorer les fondements neurologiques du vol.

En collaboration avec des ingénieurs biomédicaux de l’Université Stony Brook, ils ont comparé l’activité cérébrale des pigeons avant et après le vol.

À l’aide de l’imagerie TEP – une technique semblable à celles utilisées en médecine humaine – ils ont examiné les changements dans 26 régions du cerveau.

Les résultats ont été révélateurs. Chez les huit oiseaux étudiés, le cervelet a montré une augmentation significative de son activité pendant le vol.

Ceci a été complété par une activité accrue dans les voies du flux optique, qui relient la rétine au cervelet et jouent un rôle déterminant dans le traitement du mouvement visuel.

Technologie moderne et histoire évolutive

La nouveauté de cette recherche en vol réside dans sa corrélation entre le fonctionnement cérébral des oiseaux modernes et les développements évolutifs historiques.

À l’aide d’une base de données numérique d’endocasts de crânes de dinosaures, le Dr Balanoff a retracé l’expansion du cervelet jusqu’aux premiers dinosaures maniraptoriens, précurseurs des premiers oiseaux volants.

Cet élargissement, associé à un repliement accru des tissus dans le cervelet, suggère une trajectoire vers une plus grande complexité cérébrale et une plus grande préparation au vol.

Bien que les résultats soient prometteurs, les chercheurs reconnaissent leur caractère préliminaire. Ils préviennent que des changements similaires dans l’activité cérébrale pourraient se produire dans d’autres comportements, comme le vol à voile.

L’étude s’est également concentrée sur le vol simple, laissant une question ouverte sur le rôle d’autres régions du cerveau des oiseaux dans des manœuvres complexes.

Les futurs efforts de l’équipe visent à identifier des régions cérébelleuses spécifiques et des connexions neuronales essentielles au vol.

Implications de l’évolution du vol dans le cerveau des oiseaux

Cette recherche contribue à un dialogue scientifique plus large sur l’évolution du cerveau, comme l’affirme le Dr Gabriel Bever, professeur agrégé à Johns Hopkins.

Il suggère que l’agrandissement du cerveau des oiseaux tout au long de l’histoire de l’évolution pourrait refléter la nécessité de naviguer dans des paysages divers, ouvrant ainsi la voie à diverses adaptations locomotrices, y compris le vol.

« À Johns Hopkins, la communauté biomédicale dispose d’un large éventail d’outils et de technologies pour nous aider à comprendre l’histoire de l’évolution et à relier nos découvertes à la recherche fondamentale sur le fonctionnement du cerveau », a conclu le Dr Bever.

En résumé, la recherche innovante menée par l’équipe de Johns Hopkins Medicine marque une avancée significative dans notre compréhension de l’évolution du vol aviaire.

En combinant ingénieusement les données TEP de pigeons modernes avec l’analyse des fossiles d’anciens dinosaures, ils ont découvert le rôle essentiel du cervelet dans le vol.

Cette percée approfondit notre compréhension de l’évolution du cerveau des oiseaux et oriente les recherches scientifiques vers les liens complexes entre le développement cérébral et les capacités physiques des différentes espèces.

En faisant le lien entre le passé et le présent, cette étude ouvre la voie à de futures recherches visant à percer davantage les mystères de la biologie évolutive et le parcours complexe de la vie sur notre planète.

L’étude complète a été publiée dans le Actes de la Royal Society B Biological Sciences.

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