Les plésiosaures au long cou avaient besoin de grands corps pour minimiser la friction

Certains groupes d’animaux marins ont atteint des tailles énormes dans le passé et, bien que la plupart d’entre eux soient aujourd’hui éteints, les scientifiques se demandent toujours comment leurs formes et tailles corporelles extrêmes leur ont permis de se déplacer efficacement dans leur environnement aquatique. Parmi les plus grands, seuls les cétacés (baleines) ont survécu jusqu’à l’ère moderne, tandis que les anciens reptiles connus sous le nom d’ichtyosaures et de plésiosaures ont disparu.

Le Dr Susana Gutarra Díaz de l’Université de Bristol et ses collègues ont mené une étude récente examinant les formes corporelles de ces grands animaux marins à l’aide de modèles et de dynamiques informatiques des fluides. Certains animaux présentent des formes corporelles plus profilées, comme les baleines modernes et les ichtyosaures ressemblant à des dauphins, tandis que les plésiosaures avaient d’énormes nageoires appariées et un cou pouvant mesurer jusqu’à la moitié de la longueur totale du corps.

« Jusqu’à présent, il n’était pas très clair comment cette grande diversité de formes et de tailles affectait les besoins énergétiques liés à la nage de ces animaux marins », a déclaré le Dr Gutarra Díaz. « Pour tester nos hypothèses, nous avons créé différents modèles 3D et effectué des simulations informatiques de flux de plésiosaures, d’ichtyosaures et de cétacés. Ces expériences sont réalisées sur ordinateur, mais elles ressemblent à des expériences sur des réservoirs d’eau.

Les tétrapodes, ou « vertébrés à quatre membres », sont retournés dans les océans à plusieurs reprises au cours des 250 derniers millions d’années, et leur corps s’est adapté au milieu marin de différentes manières. Par exemple, les dauphins et les ichtyosaures ont des formes corporelles similaires, adaptées pour réduire la résistance ou la traînée lorsqu’ils nagent rapidement dans l’eau. En revanche, les plésiosaures qui vivaient côte à côte avec les ichtyosaures à l’ère mésozoïque se propulsaient sous l’eau à l’aide de palmes géantes, et certains avaient un cou extrêmement long qui ne semblait guère utile pour nager. Ces cous les aidaient probablement à attraper des poissons qui se déplaçaient rapidement, mais on pensait également qu’ils les rendaient plus lents.

Les résultats de l’analyse, publiés dans la revue Biologie des communications, ont montré que la taille du corps avait une influence majeure sur les formes possibles des reptiles marins. En fait, la taille du corps était plus importante que la forme du corps pour déterminer l’économie d’énergie de la nage des animaux aquatiques.

Alors que les grands membres et le long cou de nombreux plésiosaures créaient une traînée importante, des corps plus gros et des torses plus grands réduisaient le coût énergétique du déplacement dans l’eau. En effet, la traînée est créée par la friction entre l’eau et la peau d’un animal et, à mesure que les corps grossissent, le rapport surface/masse diminue en réalité.

« Les grands animaux ont une plus grande traînée en termes absolus », a déclaré le Dr Gutarra Díaz. « Mais la puissance qu’ils doivent investir pour déplacer une unité de masse corporelle est plus petite. »

« Nous avons montré que même si les plésiosaures subissaient plus de traînée que les ichtyosaures ou les baleines de masse égale en raison de la forme unique de leur corps, ces différences étaient relativement mineures », a expliqué le Dr Colin Palmer, ingénieur impliqué dans le projet. « Nous avons constaté que lorsque la taille est prise en compte, les différences entre les groupes deviennent bien moindres que les différences de forme. Nous montrons également que le rapport longueur du corps/diamètre, largement utilisé pour classer ces animaux aquatiques comme plus ou moins efficaces, n’est pas un bon indicateur de faible traînée.

Dans cette étude, les chercheurs se sont particulièrement intéressés à une famille de plésiosaures connue sous le nom d’élasmosaures. Il s’agissait des plésiosaures dotés du cou le plus long de tous, mesurant jusqu’à 6 mètres chez certaines espèces et possédant plus de 70 vertèbres cervicales (cou). Chez ces espèces, le cou représentait près de la moitié de la longueur totale du corps et aurait été trop long et trop lourd pour être maintenu au-dessus de la surface de l’eau.

« Nous étions également particulièrement intéressés par les cous des élasmosaures et nous avons donc créé des modèles 3D hypothétiques de plésiosaures avec différentes longueurs de cou », a déclaré le Dr Gutarra Díaz. « Les simulations de ces modèles révèlent qu’au-delà d’un certain point, le cou ajoute une traînée supplémentaire, ce qui pourrait rendre la natation coûteuse. Cette limite « optimale » du cou se situe à environ deux fois la longueur du tronc de l’animal.

« Lorsque nous avons examiné un large échantillon de plésiosaures calqués sur des fossiles très bien conservés à leur taille réelle, il s’est avéré que la plupart des plésiosaures avaient un cou inférieur à ce seuil de traînée élevée, à l’intérieur duquel le cou peut s’allonger ou se raccourcir sans augmenter la traînée. » a déclaré le Dr Benjamin Moon. « Mais plus intéressant encore, nous avons montré que les plésiosaures au cou extrêmement long avaient également développé de très grands torses, ce qui compensait la traînée supplémentaire ! »

Selon le Dr Tom Stubbs, l’étude montre que contrairement aux connaissances populaires dominantes, les plésiosaures à très long cou n’étaient pas nécessairement des nageurs plus lents que les ichtyosaures et les baleines, et cela est en partie dû à leur grand corps. « Nous avons constaté que chez les élasmosaures, les proportions du cou changeaient très rapidement. Cela confirme que les élasmosaures avaient un long cou avantageux pour la chasse, mais ils ne pouvaient pas exploiter cette adaptation avant de devenir suffisamment grands pour compenser le coût de la traînée élevée sur leur corps.

« Nos recherches suggèrent que les grands animaux aquatiques peuvent se permettre d’avoir des formes folles, comme les élasmosaures », a déclaré le professeur Mike Benton. « Mais il y a des limites : la taille du corps ne peut pas devenir indéfiniment grande, car il existe également certaines contraintes pour les très grandes tailles. Les longueurs maximales de cou que nous observons semblent équilibrer les avantages de la chasse par rapport aux coûts de croissance et d’entretien d’un cou aussi long. En d’autres termes, le cou de ces créatures extraordinaires a évolué en équilibre avec la taille globale du corps afin de minimiser les frictions.

—

Par Alison Bosman, Espèces-menacées.fr Rédacteur