Les éléphants de mer ne dorment sous l’eau que deux heures par jour

Dans une étude révolutionnaire, des scientifiques ont réussi à enregistrer l’activité cérébrale d’un mammifère marin sauvage en liberté, mettant ainsi en lumière les habitudes de sommeil des éléphants de mer au cours de leurs voyages de recherche de nourriture en mer qui durent des mois.

L’étude, dirigée par la première auteure Jessica Kendall-Bar, étudiante diplômée de l’UC Santa Cruz, en collaboration avec les professeurs Daniel Costa et Terrie Williams, a été publiée dans la revue Science.

Les éléphants de mer passent beaucoup de temps sur terre pendant la saison de reproduction, dormant en moyenne environ 10 heures par jour. Cependant, lors de leurs sorties alimentaires en mer, qui peuvent durer jusqu’à 8 mois, les phoques parviennent à dormir seulement 2 heures par jour.

Ces brefs intervalles de sommeil de 10 minutes se produisent au cours de plongées profondes de 30 minutes, souvent avec les phoques descendant en spirale pendant leur sommeil profond et se reposant parfois immobiles sur le fond marin.

Daniel Costa, directeur de l’Institut des sciences marines de l’UCSC, dirige le programme de recherche sur les éléphants de mer de l’université dans la réserve Año Nuevo depuis plus de 25 ans. Son laboratoire a utilisé une technologie de suivi de plus en plus avancée pour surveiller les mouvements et le comportement de plongée des phoques au cours de leurs migrations dans l’océan Pacifique Nord.

« Pendant des années, l’une des questions centrales concernant les éléphants de mer a été de savoir quand dorment-ils », a déclaré Costa. « Les enregistrements de plongée montrent qu’ils plongent constamment, nous avons donc pensé qu’ils devaient dormir pendant ce que nous appelons des plongées dérivantes, lorsqu’ils arrêtent de nager et coulent lentement, mais nous ne le savions vraiment pas. »

Les éléphants de mer dorment moins que la plupart des animaux

Les découvertes récentes ont confirmé les soupçons de l’équipe selon lesquels les phoques dormaient effectivement pendant ces plongées dérivantes. Étonnamment, l’étude a également révélé que les éléphants de mer ont l’une des durées de sommeil les plus courtes parmi les mammifères. Leurs habitudes de sommeil rivalisent avec le record actuellement détenu par les éléphants d’Afrique. D’après leurs habitudes de mouvement, nous pensons qu’ils ne dorment que deux heures par jour.

Kendall-Bar, maintenant chercheur postdoctoral à la Scripps Institution of Oceanography de l’UC San Diego, a commenté la nature inhabituelle des habitudes de sommeil des phoques : « Les éléphants de mer sont inhabituels dans le sens où ils alternent entre dormir beaucoup lorsqu’ils sont sur terre , plus de 10 heures par jour, et deux heures ou moins lorsqu’ils sont en mer. »

En mer, les éléphants de mer sont plus vulnérables aux prédateurs tels que les requins et les épaulards lorsqu’ils font surface pour respirer, c’est pourquoi ils ne passent qu’une minute ou deux à la surface entre les plongées.

« Ils sont capables de retenir leur souffle pendant un long moment, ce qui leur permet de s’endormir profondément lors de ces plongées profondes sous la surface, là où c’est sûr », a déclaré Kendall-Bar.

Jessica Kendall-Bar a utilisé un casque en néoprène pour sécuriser les capteurs d’électroencéphalogramme (EEG) et un petit enregistreur de données pour enregistrer les signaux. Les chercheurs les ont récupérés plus tard, lorsque les animaux sont retournés à la plage d’Año Nuevo.

« Nous avons utilisé les mêmes capteurs que vous utiliseriez pour une étude du sommeil humain dans une clinique du sommeil et un adhésif amovible et flexible pour fixer le casque afin que l’eau ne puisse pas pénétrer et perturber les signaux », a déclaré Kendall-Bar. En plus du système EEG, les sceaux étaient équipés d’enregistreurs temps-profondeur, d’accéléromètres et d’autres instruments, permettant aux chercheurs de suivre les mouvements des animaux en tandem avec leur activité cérébrale.

Analyser les données de recherche

Les données enregistrées ont révélé que les phoques plongeurs entrent dans une phase de sommeil profond connue sous le nom de sommeil lent tout en maintenant une descente contrôlée vers le bas. Ceci est suivi par une transition vers un sommeil paradoxal, au cours duquel la paralysie du sommeil les fait se retourner et dériver vers le bas dans une « spirale du sommeil ».

« Ils entrent en sommeil lent et maintiennent leur posture pendant plusieurs minutes avant de passer au sommeil paradoxal lorsqu’ils perdent le contrôle postural et se retournent », a expliqué Kendall-Bar.

Terrie Williams, qui dirige le laboratoire de neurophysiologie comparée à l’UCSC, a ajouté qu’aux profondeurs où cela se produit, les phoques ont généralement une flottabilité négative et continuent de tomber passivement dans une spirale en tire-bouchon « comme une feuille qui tombe ». Les chercheurs ont observé des éléphants de mer dormir alors qu’ils se reposaient sur le fond marin dans les eaux moins profondes du plateau continental.

« Il ne semble pas possible qu’ils entrent réellement dans un sommeil paradoxal paralysant pendant une plongée, mais cela nous apprend quelque chose sur les processus de prise de décision de ces phoques pour voir où dans la colonne d’eau ils se sentent suffisamment en sécurité pour s’endormir », « , a déclaré Williams.

Création d’un nouvel instrument pour l’étude

Pour développer le nouvel instrument EEG, Kendall-Bar l’a initialement déployé sur des éléphants de mer temporairement hébergés dans les installations pour mammifères marins du Long Marine Laboratory de l’UCSC. Ils ont ensuite déployé l’instrument sur les animaux de la colonie d’éléphants de mer de la réserve Año Nuevo, au nord de Santa Cruz. Là, les chercheurs ont pu observer les animaux sur la plage.

« J’ai passé beaucoup de temps à observer les phoques endormis », a déclaré Kendall-Bar. « Notre équipe a surveillé les phoques instrumentés pour s’assurer qu’ils étaient capables de réintégrer la colonie et qu’ils se comportaient naturellement. »

Après avoir collecté des données sur l’activité cérébrale et le comportement de plongée de 13 jeunes éléphants de mer femelles, dont un total de 104 plongées de sommeil, Kendall-Bar a développé un algorithme très précis pour identifier les périodes de sommeil uniquement sur la base des données de plongée. Cela lui a permis d’estimer les quotas de sommeil de 334 phoques adultes à l’aide de données de plongée enregistrées sur plusieurs mois lors de leurs voyages de recherche de nourriture.

« Grâce à l’ensemble de données que Dan Costa a conservé au cours de ses 25 années de travail avec les éléphants de mer à Año Nuevo, j’ai pu extrapoler nos résultats à plus de 300 animaux et obtenir un aperçu du comportement de sommeil au niveau de la population », a déclaré Kendall-Bar. Elle envisage désormais d’appliquer des méthodes similaires pour étudier l’activité cérébrale d’autres espèces de phoques, d’otaries et d’apnéistes humains.

Les chercheurs expriment une grande fierté pour les résultats de l’étude

Williams a salué le travail de Kendall-Bar sur le projet comme un « tour de force », déclarant : « C’est un exploit incroyable de réussir cela. Elle a développé un système EEG pour travailler sur un animal qui plonge plusieurs centaines de mètres dans l’océan. Ensuite, elle utilise les données pour créer des animations basées sur les données afin que nous puissions vraiment visualiser ce que fait l’animal lorsqu’il plonge dans la colonne d’eau.

Ces résultats pourraient s’avérer précieux pour les efforts de conservation en identifiant un « paysage de sommeil » composé d’aires de repos préférées. « Normalement, nous nous soucions de protéger les zones où les animaux vont se nourrir, mais peut-être que les endroits où ils dorment sont aussi importants que tout autre habitat essentiel », a-t-elle déclaré.

L’étude fournit des informations fascinantes sur les habitudes de sommeil adaptatives de ces remarquables mammifères marins et ouvre de nouvelles voies pour des recherches plus approfondies sur le sommeil d’autres espèces aquatiques.

Outre Kendall-Bar, Costa et Williams, les coauteurs de l’article incluent Daniel Lozano, Rachel Holser, Theresa Keates, Roxanne Beltran, Patrick Robinson et Taiki Adachi de l’UC Santa Cruz ; Ritika Mukherji de l’Université d’Oxford ; Julie Pitman du Sleep Health MD à Santa Cruz ; Daniel Crocker de l’Université d’État de Sonoma ; Oleg Lyamin à l’UCLA ; et Alexei Vyssotski de l’Université de Zurich et de l’École polytechnique fédérale de Suisse. La National Science Foundation et l’Office of Naval Research ont financé en partie ce travail.

En savoir plus sur les éléphants de mer

Les éléphants de mer sont de grands mammifères marins appartenant à la famille des Phocidés, qui comprend deux espèces : l’éléphant de mer du nord (Mirounga angustirostris) et l’éléphant de mer du sud (Mirounga leonina).

Ces créatures fascinantes présentent des caractéristiques et des comportements uniques qui les distinguent des autres mammifères marins.

Taille et apparence

Les éléphants de mer font partie des plus grands phoques, les mâles adultes étant nettement plus gros que les femelles. Les mâles de l’éléphant de mer du Nord peuvent peser jusqu’à 4 500 livres (2 000 kg) et atteindre des longueurs allant jusqu’à 16 pieds (5 mètres), tandis que les mâles de l’éléphant de mer du sud peuvent peser jusqu’à 8 800 livres (4 000 kg) et mesurer jusqu’à 20 pieds (6 mètres) de longueur. Les mâles des deux espèces ont un nez allongé en forme de trompe, qui est à l’origine de leur nom.

Dimorphisme sexuel et accouplement

Les éléphants de mer présentent un dimorphisme sexuel considérable, les mâles étant beaucoup plus grands et présentant plus de caractéristiques distinctives que les femelles. Pendant la saison de reproduction, les mâles se disputent férocement l’accès aux femelles, s’engageant souvent dans de violents combats pour établir leur domination et garantir leurs droits d’accouplement.

Reproduction et mue

Les éléphants de mer donnent naissance à leurs petits et s’accouplent pendant la saison de reproduction, qui a lieu entre décembre et mars pour les éléphants de mer du nord et entre août et novembre pour les éléphants de mer du sud. Leur mue catastrophique annuelle est également une caractéristique bien connue d’eux. C’est à ce moment-là qu’ils perdent toute la couche externe de leur peau et de leur fourrure en un temps relativement court.

Plongée et recherche de nourriture

Leurs capacités de plongée exceptionnelles ont fait la renommée des éléphants de mer. Ils peuvent plonger à des profondeurs supérieures à 5 000 pieds (1 500 mètres) et retenir leur souffle pendant plus d’une heure, ce qui leur permet de chercher de la nourriture dans les eaux profondes de l’océan. Leur régime alimentaire se compose principalement de poissons et de calamars.

Migration et habitat

Les éléphants de mer du nord et du sud entreprennent des migrations sur de longues distances deux fois par an entre leurs aires d’alimentation et leurs aires de reproduction. Les éléphants de mer se trouvent le long des côtes de l’océan Pacifique oriental, de la Basse-Californie au Mexique jusqu’à l’Alaska, en passant par les régions du nord. Les éléphants de mer du sud habitent les régions sub-antarctiques et antarctiques.

État de conservation

Les populations d’éléphants de mer ont été confrontées à des menaces importantes dans le passé. Cela est principalement dû à la chasse commerciale pour leur graisse, qui était utilisée pour produire de l’huile. Cependant, avec la mise en place de mesures de protection, leur nombre a rebondi. Les éléphants de mer du Nord sont actuellement classés dans la catégorie « Préoccupation mineure » par l’Union internationale pour la conservation de la nature (UICN). Les éléphants de mer du sud sont classés comme « à faible risque ».

Adaptations

Les éléphants de mer possèdent plusieurs adaptations physiologiques qui leur permettent de prospérer dans leurs environnements d’eau froide et de plongée profonde, notamment des niveaux élevés de myoglobine stockant l’oxygène dans leurs muscles, une cage thoracique flexible capable de résister à une pression élevée et une capacité impressionnante à conserver l’oxygène. en réduisant leur fréquence cardiaque et en détournant le flux sanguin vers les organes essentiels lors des plongées profondes.

La recherche sur les éléphants de mer continue de révéler des informations fascinantes sur leur comportement, leur physiologie et leur rôle écologique, aidant ainsi les scientifiques à mieux comprendre ces mammifères marins uniques et éclairant les efforts de conservation visant à protéger leurs populations.