Le Dinoblog

L’oreille interne du bien nommé Echovenator sandersi (signifie chasseur par écholocation dédié à Sanders) a toutes les qualités anatomiques requises pour percevoir et transmettre les ultras sons (plus de 100 kHz). Ce cachalot fossile vivait à l’Oligocène supérieur voici 24 à 27 millions d’années. C’est la conclusion de l’étude d’un fossile exceptionnel : un crâne très complet trouvé dans les dépôts phosphatés de la Cooper Formation en Caroline du Sud (1).

Ouïr dans l’eau, c’est bien. S’y déplacer dans ses obscures profondeurs en toute connaissance des obstacles, proies, ennemis ou copains que l’on peut y croiser, c’est mieux. Le subterfuge dont use les Cétacés à dents pour ce faire a nom écholocation. Ils émettent des ultrasons qui se répercutent sur les obstacles de leur environnement. En retour, leur écho traversera le melon et sera réinterprété et traité dans l’oreille interne de l’émetteur. Située à la base du crâne, cette capsule auditive est enfermée dans l’os périotique et construite pour percevoir les ondes sonores de plus de 100 kHz grâce aux cellules réceptrices qui la tapissent. C’est sous forme d’influx nerveux que ces informations sont transmises au cerveau qui traduit en image à la façon d’un écran de sonar 3D le décor où les animaux se déplacent.

A ce jour, Agorophius, grand cachalot fossile décrit par Agassiz en 1847 et mis au jour dans des fouilles engagées dans la même formation Formation Cooper où vient d’être découvert Echovenator, était considéré comme le plus ancien cachalot apte à pratiquer l’écholocation. Mais ce n’était qu’une conjecture peu étayée : le fossile avait été déclaré perdu corps et bien, il n’en restait que la très belle illustration qui accompagnait la publication princeps de l’auteur argentin. (2)

L’état de conservation exceptionnel du fossile récemment mis au jour permet de situer dans le temps avec précision « l’invention » de l’écholocation chez les cachalots, dauphins et marsouins, et les arguments à l’appui de la démonstration sont cette fois irréfutables. Il s’agit d’un crâne très complet avec l’os périotique (ou bulle auditive) droit très bien conservé.

Crâne de Echovenator>/em> en vue ventrale. La bulle tympanique droite apparaît dans le carré blanc. Abréviations : ep, foramens dentaires et intervalles ; fps, processus falciforme du squamosal ; icn, encoche intercondyloïde ; paf, foramen antérieur ; plf, trou déchiré postérieur ; ppe, processus paroccipital de l’exoccipital ; pspf, processus postorbital du frontal ; sopf, processus supraorbital du fronta sqf, fosse du squamosal ;
stc, crête subtemporame ; zyg,, processus zygomatique du squamosal.

La bulle auditive des animaux aquatiques est bien différente de celle des animaux terrestres. Chez ces derniers, c’est une sphère évidée qui est traversée par les ondes sonores du milieu aérien de longueur d’ondes de 15 à 40 kHz. Celles transmises en milieu aquatique sont de l’ordre de plus de 100 kHz et sont répercutées à la bulle auditive au travers des tissus adipeux du melon. Cet os périotique est une capsule assez compacte parcourue d’un réseau de trabécules osseuses. Il n’est pas rare de découvrir sur les plages ce type de restes osseux très résistant qui a pu appartenir, suivant sa taille, à un dauphin, un cachalot ou une baleine.

Bulle auditive droite (os périotique) de Echovenator>/em> Face ventrale A et D , dorsale B et E, latérale C et F. (nota : lors de la découverte, comme souvent c’est le cas, l’os périotique était séparé, du reste du crâne).

Le scanner permet de faire des études comparatives très précises de l’anatomie de l’oreille interne contenue dans l’os périotique. On y distingue principalement en bleu le limaçon (3) et en rouge les osselets de l’oreille moyenne, marteau, enclume, étrier. Dans le cas présent, on a comparé les os périotiques d’Echovenator à 25 autres espèces fossiles et actuelles de Cétacés et d’animaux terrestres.

La figure suivante illustre les différences de forme du limaçon et des osselets appartenant d’une part à des animaux terrestres, et d’autre part à des animaux adaptés au milieu aquatique et pratiquant l’écholocation. De gauche à droite :

Choeropsis, Hippopotame nain sub terrestre.

Cynthiacetus, Archéocète serpentiforme de l’Eocène supérieur (34 ma) d’Amérique du Nord, d’Egypte et du Pérou.

Piscobalaena, Balénoptère du Mio Pliocène (10 5 ma) du Pérou.

Echovenator, Cachalot fossile de l’Oligocène (24 ma) de Caroline du Sud.

Phocoaena, Marsouin actuel.

Comparaison des limaçons (cochlées) en bleu et osselets de l’oreille moyenne en rouge de mammifères actuels et fossiles sub-terrestres et aquatiques en vue dorsale et latérale.
A l’extrême gauche l’hippopotame nain. La cochlée de Echovenator est aussi évoluée et adaptée à la réception des sons en milieu aquatique que celle du marsouin (à l’extrême droite).

D’évidence l’oreille interne d’Echovenator ressemble beaucoup à celle de l’actuel marsouin. En particulier la spirale du limaçon, élevée chez l’hippopotame et les baleines, est très aplatie chez Echovenator, comme chez le marsouin actuel.

Dans un deuxième temps les chercheurs ont effectué une analyse en composantes principales mettant en jeu certaines mensurations relevées sur les os périotiques des 25 sujets étudiés au scanner.

Analyse en composantes principales (9 variables) illustrant la différence entre les Cétacés fossiles et actuels et leurs plus proches parents terrestres
Sur l’axe PC1 on a porté la taille générale des animaux et sur PC2 les mensurations qui rendent compte de l’aptitude plus ou moins grande à percevoir les ultrasons.
Carré noir = hippopotames ; Triangle noir = archéocètes ; Diamants noirs = baleines à fanon fossile ; Diamant blanc = baleines actuelles ; Ronds noirs = cachalots à dents fossiles ; Rond blanc = cachalots à dents actuels ; Etoile = Echovenator sandersi

La place d‘Echovenator à la base du nuage de points qui associe les animaux capables de percevoir les ultrasons laisse peu de doute sur ses aptitudes dans ce domaine : il possédait un appareil auditif très comparable à celui des cachalots et marsouins actuels et fossiles.

Ainsi, l’os périotique d’Echovenator présente de nombreux caractères qui suggèrent qu’il pouvait percevoir les ultrasons. Mais il n’était pas pour autant aussi performant que les Odontocètes actuels. Si on le compare aux Basilosauridés qui l’ont précédé, on constate que la longueur de son limaçon est moindre en dépit du fait que son corps est plus allongé, ce qui laisse supposer des performances auditives moindres.

Il est possible qu’au cours de leur histoire les Odontocètes aient très tôt possédé les aptitudes anatomiques nécessaires pour percevoir les ultrasons. Mais dans l’état des connaissances, avec le matériel fossile que l’on possède, les résultats sur cette question restent contradictoires.

(1) Churchill et al., 2016, The Origin of High-Frequency Hearing in Whales. Current Biology 26, 1–6 (ici)  

(2) J’ai rendu compte de cette découverte et d’autres se rapportant au melon des plus anciens cachalots : (ici)

Et il se trouve que le titre de ce blog est aussi celui d’un ouvrage qui rassemble 37 chroniques publiées sur le Dinoblog et à Scilogs, qui vient de paraître aux éditions Belin, en vente dans toutes les bonnes librairies et ici

(3) Je préfère le terme limaçon à celui savant de cochlée car il est plus explicite. C’est aussi un hommage au Maitre de l’Ecole Primaire qui dès le CE2, aidé d’une magnifique planche pédagogique, m’a initié aux mystères de l’anatomie de l’oreille interne peuplée d’un trio d’osselets célèbres : étrier, enclume et marteau.