Traitement de l’information

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Traitement de l’information

La capacité d’un organisme à sentir son environnement et à y répondre augmente ses chances de survivre et de se reproduire. Les animaux possèdent des récepteurs sensoriels externes et internes qui détectent différents types d’informations, et ils utilisent des mécanismes internes pour les traiter et les stocker (Fig. 1). Chaque récepteur sensoriel réagit à différentes entrées, telles que des signaux électromagnétiques, mécaniques ou chimiques. Certains récepteurs sensoriels répondent en transmettant des impulsions qui voyagent le long des cellules nerveuses. Dans les organismes complexes, la plupart de ces entrées sont transmises au cerveau, qui est divisé en plusieurs régions et circuits distincts qui jouent des rôles particuliers. Par exemple, certaines fonctions comprennent la perception visuelle et auditive, l’interprétation des informations, le guidage des mouvements moteurs et la prise de décision. En outre, certains circuits du cerveau donnent naissance à des émotions et stockent des souvenirs. Différents organismes présentent un éventail de fonctions sensorielles dont la complexité varie. Par exemple, les mammifères marins peuvent traiter les sons différemment d’un invertébré marin, comme un oursin. Les cétacés, un groupe de mammifères marins comprenant les baleines à fanons et les baleines à dents, utilisent les sons comme moyen de communication (figure 2).

Étude des sons sous-marins

Les scientifiques ont commencé à développer une technologie permettant d’écouter les sons sous l’eau dans les années 1920 (figure 3). Ces appareils, appelés hydrophones, sont encore aujourd’hui les principaux instruments utilisés pour écouter et enregistrer les sons sous-marins (Fig. 4).

Des programmes informatiques ont été développés pour aider à déconstruire les vocalisations complexes émises par les mammifères marins. Par exemple, les logiciels bioacoustiques créent des spectrogrammes qui permettent aux chercheurs de visualiser la composition et les motifs des chants individuels des baleines à bosse mâles (figure 5). Les chercheurs enregistrent le chant d’un individu et le suivent pendant de nombreuses années afin de mieux comprendre les raisons de ses vocalises.

Ressources supplémentaires

• Pour plus de détails sur l’évolution de l’étude des sons, consultez la chronologie historique de la NOAA.
• Pour plus d’informations sur la recherche sur les sons sous-marins, consultez cet article du New York Times : Écouter la mer profonde pourrait-il aider à la sauver ?

Communication des mammifères marins

Le moyen de communication le plus efficace dans l’eau est le son. Le son voyage sur de longues distances et peut se déplacer 4,5 fois plus vite dans l’eau que dans l’air. De nombreux mammifères marins ont des adaptations pour produire et recevoir des sons sous l’eau. Les sons sont générés lorsque des ondes de pression se déplacent dans l’air ou dans l’eau. Chez l’homme, le son est généré lorsque l’air est expulsé des poumons et déplacé à travers le larynx. Les cordes vocales du larynx, ainsi que la gorge, la langue, les lèvres et les dents, transforment le son en différentes vocalisations (Fig 6). Le mécanisme de production des sons chez les cétacés est complexe et encore en cours d’étude.

Contrairement aux humains et aux autres mammifères marins, les cétacés n’ont pas besoin d’expirer de l’air pour produire des sons. Les odontocètes, les baleines à dents, utilisent l’écholocation, générant des clics, des sifflements et des pulsations dans le système nasal. Les mysticètes, les baleines à fanons, produisent des sons de très basse fréquence semblables à des grognements, des bruits sourds, des gémissements et des pulsations. Les cétacés n’ont pas de structure d’oreille externe pour recevoir les sons et aucune ouverture vers le canal auditif. Les scientifiques ont la preuve que les vibrations sonores traversent la peau puis sont focalisées à travers les os et les graisses du crâne jusqu’à l’oreille interne (figure 7).

Écholocation du dauphin

L’écholocation, ou sonar biologique, est utilisée par les mammifères, comme les chauves-souris et les baleines à dents, pour traiter les informations sur leur environnement. Pour écholocaliser, l’animal envoie une série de clics ou de sifflements, reçoit des échos de retour qui ont rebondi sur l’objet, puis traite ces échos (figure 8). Le signal de retour traité donne des informations sur la distance, la forme et d’autres caractéristiques de l’objet. Les scientifiques considèrent qu’il s’agit de la création d’une image qui permet à l’animal de « voir » plus loin que ses yeux ne le peuvent. Un dauphin, par exemple, utilise l’écholocation pour trouver ses proies, s’identifier et communiquer. Les scientifiques ont découvert que chaque dauphin possède un sifflement caractéristique qui lui est propre.

Les humains utilisent également l’écholocation. Les pêcheurs utilisent des appareils électroniques d’écholocation pour aider à localiser les poissons – souvent, ces appareils sont appelés des détecteurs de poissons ! Les scientifiques utilisent des appareils qui produisent des sons qui rebondissent sur le fond de l’océan pour recevoir des informations sur la structure du plancher océanique — cette méthode est appelée sonar et l’étude du plancher océanique est appelée bathymétrie. Certains aveugles ont appris à utiliser l’écholocation pour percevoir les détails de l’environnement, de manière passive ou active, en utilisant des clics. Bien que les personnes voyantes utilisent leur vision pour naviguer dans leur environnement, des études ont montré qu’elles peuvent également apprendre à utiliser l’écholocation avec un entraînement.

Ressources supplémentaires:

• Pour une animation vidéo utile de l’utilisation du sonar, consultez cette ressource de la NOAA : What is Sonar?
• Pour l’histoire d’un aveugle utilisant l’écholocation pour naviguer, regardez cette courte histoire de CNN.

Le chant des baleines à bosse

Les baleines à bosse sont célèbres pour leur chant complexe (figure 9). Seuls les mâles chantent, et le chant est entendu le plus souvent pendant la saison des amours, mais le chant peut également être entendu dans les zones de reproduction et dans les zones d’alimentation. Le chanteur est généralement seul dans une position tête basse, queue haute. Si le chanteur suit un couple de femelles et de baleineaux, on l’appelle un accompagnateur. Lorsqu’une autre baleine se joint au chant, on l’appelle « joiner ». Les baleines à bosse n’ont pas de cordes vocales. Elles produisent des sons en poussant l’air dans les tubes et les chambres de leur système respiratoire. Les chercheurs étudient les motifs des spectrogrammes pour savoir pourquoi les baleines chantent et comment elles réagissent aux autres baleines qui les entourent. Il existe des hypothèses sur la raison pour laquelle les baleines chantent, mais les chercheurs n’en connaissent pas la raison absolue. On pense que les mâles chantent comme moyen de communiquer leur emplacement aux autres mâles, d’attirer les femelles, de naviguer, de trouver de la nourriture et de communiquer entre eux.

La pollution sonore

Les scientifiques étudient également les chants des baleines pour apprendre comment la pollution sonore causée par les gens peut affecter le comportement des baleines. Notre connaissance de la biologie des mammifères marins continue de progresser, bien que l’on sache très peu de choses sur les capacités auditives des cétacés. Les recherches actuelles menées dans le cadre du programme de recherche sur les mammifères marins de l’Institut de biologie marine d’Hawaï tentent de caractériser les gammes de fréquences auditives de ces animaux afin de mieux comprendre comment la pollution sonore sous-marine d’origine anthropique pourrait les affecter. Les moteurs des navires, les sonars militaires et les explosions utilisées par les compagnies pétrolières et de construction produisent des sons forts sous l’eau qui peuvent provoquer des changements dans le comportement des baleines (Fig. 10). Les effets physiques d’une pollution sonore intense peuvent inclure des hémorragies du cerveau, des poumons, de l’oreille interne et des yeux, causant une déficience grave de la communication acoustique et d’autres comportements essentiels.

Vous trouverez ci-dessous une liste des sources de pollution sonore sous-marine anthropique qui sont considérées comme préjudiciables aux mammifères marins, causant tout ou partie des dommages physiques décrits précédemment.

Types de pollution sonore	Description
Sonar actif à basse fréquence (LFAS)	Ce type de sonar à haute intensité a été conçu par les militaires pour suivre et détecter les sous-marins et autres machines secrètes qui opèrent sous l’eau. L’intensité de ce sonar se situe dans la gamme des 180-240 décibels. Dans l’air, cela équivaut à se trouver à 7 mètres (20 pieds) d’une fusée au décollage. Un grand pourcentage de carcasses de mammifères marins recueillies lors d’échouages sur les plages présentent des signes de dommages auditifs, ce qui prouve que de nombreux mammifères qui s’échouent le font en réaction à des dommages auditifs. De nombreux échouages massifs enregistrés ont eu lieu pendant les essais navals de LFAS.
Canons à air	Utilisés pour l’exploration sous-marine et la surveillance des réserves de pétrole ainsi que pour la recherche géophysique, ils fonctionnent souvent pendant de longues périodes, produisant des rafales fréquentes. Les cachalots et les baleines bleues qui se trouvaient jusqu’à 370 kilomètres (230 miles) du canon à air auraient cessé de vocaliser pendant 36 heures en réponse au bruit. Des échouages ont également été documentés à proximité de ces machines.
Bruit de la navigation	Les cargos produisent des bruits constants de basse fréquence à partir de leurs hélices qui se situent dans la même gamme de fréquence que celle que de nombreuses baleines utilisent pour communiquer sur de longues distances. Les effets du bruit des navires sont difficiles à quantifier car les navires de transport sont très fréquents dans les océans du monde. Certains scientifiques s’inquiètent toutefois du fait que les interférences dues au bruit de la navigation pourraient avoir des effets à grande échelle au niveau des populations dans la capacité des individus à communiquer entre eux sur de longues distances.