Pour Martin Nweeia, le narval – une baleine mystérieuse avec une défense décentrée – est beaucoup plus intéressant que la licorne mythique.
Huit ans après qu’il ait décrit la défense distinctive du narval comme un organe sensoriel, cette créature fascinante se précise. Nweeia et ses collègues ont cartographié une voie sensorielle entre cette dent en spirale et le cerveau du narval, montrant par la même occasion comment l’animal peut utiliser sa défense pour deviner son environnement.
Dentiste pratiquant dans le Connecticut et instructeur clinique au département de dentisterie restauratrice et des sciences des biomatériaux à l’école de médecine dentaire de Harvard, Nweeia se dit « juste un enfant curieux » dont l’intérêt pour l’anthropologie dentaire – les dents des personnes à travers l’histoire de l’évolution – l’a poussé à examiner, par exemple, la défense de l’éléphant et d’autres variantes de dents chez les animaux. Mais depuis plus d’une douzaine d’années, il poursuit les narvals dans leur habitat naturel, à mi-chemin entre le cercle polaire arctique et le pôle Nord.
Plus Nweeia étudiait les narvals, moins ils semblaient avoir de sens.
Une dent en spirale fait saillie à travers la lèvre supérieure sur une distance excentrique de neuf pieds, d’un seul côté de la tête du mâle. Il s’agit d’une dent, et non d’une ramure dont les différences de taille en fonction du sexe sont bien connues dans le règne animal.
Une autre dent reste encastrée de l’autre côté de la bouche du narval, une asymétrie que l’on ne retrouve nulle part ailleurs dans la nature. Les embryons de narvals mâles ont huit paires de dents dans leur bouche en développement, mais seulement deux paires se forment après la naissance, dont une paire qui forme les défenses. Habituellement, une seule de ces dents devient la défense caractéristique.
Le monde de la recherche sur les narvals signifie des expéditions à l’extrémité nord de l’île de Baffin, où Nweeia se perche sur des banquises ou dans des camps à terre, enfile une combinaison étanche pour patauger dans une eau à 36 degrés, brave des vents de 120 mph et surveille méfiamment les ours polaires. Au début de sa carrière de 14 ans d’expéditions ardues, Nweeia et ses collègues ont découvert que la défense du narval est l’inverse de la structure d’une dent humaine : Elle possède une tige rigide au centre entourée d’une couche externe flexible qui contient des tubules poreux.
« Toutes ces choses vont à l’encontre de toutes les règles et propriétés que l’on apprendrait sur les dents, si l’on allait à l’école dentaire », a déclaré Nweeia.
En 2005, lui et ses collègues, y compris Peter Hauschka, professeur associé HSDM de biologie du développement à l’hôpital pour enfants de Boston, ont rapporté lors d’une conférence que la défense du narval est un organe sensoriel, délivrant des informations sur son environnement océanique glacé. Maintenant, un article, publié dans le numéro d’avril de la revue Anatomical Record, trace le chemin de la sensation au cerveau en utilisant l’anatomie, l’histologie, la génétique et la neurophysiologie.
L’équipe de Nweeia a trouvé des nerfs, des tissus et des gènes dans la pulpe de la défense du narval qui sont connus pour leur fonction sensorielle et qui aident à connecter la défense au cerveau. Armé de ce nouveau modèle, Nweeia devait confirmer que les informations sensorielles sont effectivement transmises le long de cette voie vers le cerveau à partir de la défense chez les narvals vivants.
L’équipe a testé cette hypothèse en glissant une « veste de défense » – un tube transparent scellé avec de la mousse à chaque extrémité – sur un narval qui avait nagé dans les eaux au large de Baffin, encore froides en août.
Le stimulus était de l’eau, soit riche ou faible en sel, qui a sloshed à travers le tube et sur la défense dans des tests séparés. La réponse était un changement du rythme cardiaque, mesuré par un moniteur Holter, le même appareil portable que les gens portent lorsque leur médecin veut documenter les rythmes cardiaques. L’équipe a accroché des électrodes sur la peau des narvals, a pris des mesures du rythme cardiaque, puis a relâché les animaux sains et saufs après moins de 30 minutes.
Les scientifiques ont mesuré les changements de rythme cardiaque et ont constaté des changements significatifs en fonction de la salinité de l’eau.
Pourquoi la variation de la salinité de l’eau serait-elle importante ? Un animal qui vit dans un environnement océanique en constante évolution avec la formation de glace est essentiel au succès de l’espèce, ont supposé les chercheurs. Nweeia a conclu que la défense du narval détecte les variations de la salinité des eaux océaniques comme un moyen possible de démontrer sa forme physique aux femelles. Une telle capacité pourrait aider les mâles à trouver les femelles en œstrus, ou aider à localiser les aliments essentiels pour les narvals nouvellement nés.
La salinité de l’eau était le stimulus sensoriel, qui a déclenché des signaux vers le cerveau et a ensuite déclenché des changements réactifs dans le rythme cardiaque, a expliqué Nweeia.
« C’est la première dent dont on a montré par des tests in vivo qu’elle avait une fonction sensorielle à une variable normale de son environnement », a-t-il dit.
Nweeia nous rappelle que nos dents sont sensibles aussi, mais comme chez les autres mammifères, cela n’a été documenté qu’après des dommages ou des maladies importants. Les dents humaines peuvent ressentir le froid, la chaleur ou la douleur, surtout lorsqu’elles ont été exposées après un dommage de la couche externe dure.
Les manuels dentaires présentent la théorie hydrodynamique de la sensibilité dentaire, créditée à Martin Brannstrom, qui soutient que les changements de fluide à l’intérieur des tubules dans la couche de dentine provoquent des variations de pression qui atteignent les nerfs dans la pulpe dentaire. Brannstrom a émis l’hypothèse que les dents sont capables de détecter la température, la pression, les gradients de particules et les sensations tactiles.
Les prochaines étapes pour le groupe de Nweeia, Narwhal Tusk Research, sont de terminer une étude de 12 ans recueillant les connaissances traditionnelles inuites sur le narval et de trouver un lien évolutif avec la microstructure de la défense.
En attendant, Nweeia continue son travail de jour en dentisterie générale dans son cabinet à Sharon, Conn.
« Imaginez : L’exploration, l’émerveillement et le mystère sont tous enroulés dans cette magnifique défense en spirale et cet organe sensoriel », a-t-il déclaré.
Cette étude a été financée par les subventions 0739858, 0839989, 0756708, 0701534, 0646872 et 0630561 de la National Science Foundation. Un financement supplémentaire a été accordé par la Harvard School of Dental Medicine, le Museum of Comparative Zoology de Harvard, la Smithsonian Institution, The Explorers Club, Castle & Harlan Inc, le CRSNG, le ministère des Pêches et des Océans du Canada et le Conseil de gestion des ressources fauniques du Nunavut.