Un trio d'études récentes menées par des chercheurs de l'Université du Texas à Austin change la donne.

Les études comprennent des analyses anatomiques à haute résolution de syrinx de colibris et d'autruches (les espèces d'oiseaux les plus petites et les plus grandes du monde) et la découverte que le syrinx et le larynx, l'organe vocal des reptiles et des mammifères, y compris les humains, partagent la même programmation développementale. /P>

Selon Julia Clarke, professeur à la Jackson School of Geosciences de l'UT, cette connexion génétique entre les organes vocaux est un nouvel exemple passionnant d'« homologie profonde », un terme qui décrit comment différents tissus ou organes peuvent partager un lien génétique commun. P>

"Pour moi, c'est aussi important que la transition des nageoires aux membres", a déclaré Clarke, qui a codirigé ou co-écrit les études. "D'une certaine manière, il est encore plus grand car le syrinx n'est pas un organe modifié avec une nouvelle fonction mais un organe complètement nouveau avec une fonction ancienne et commune."

Les trois études s'appuient sur une recherche collaborative et interdisciplinaire sur le syrinx avec des physiologistes et des biologistes du développement que Clarke dirige depuis plus d'une décennie.

La recherche a débuté en 2013 lorsque Clarke, un paléontologue, a découvert un syrinx dans le fossile d'un oiseau ressemblant à un canard qui vivait dans ce qui est aujourd'hui l'Antarctique à la fin du Crétacé. Le spécimen est le plus ancien syrinx découvert. Mais lorsqu’elle a essayé de comparer le syrinx fossile aux syrinx des oiseaux modernes, elle a constaté que la littérature scientifique faisait défaut. De nombreuses études remontaient au 19ème siècle, avant l'avènement de l'imagerie scientifique moderne, ou citaient des affirmations issues d'études plus anciennes sans les revérifier.

Cela a confié à Clarke la mission de moderniser et d'optimiser la collecte de données Syrinx.

"Nous avions cette nouvelle structure tridimensionnelle, mais nous n'avions rien à quoi la comparer", a déclaré Clarke, décrivant les données d'imagerie CT du syrinx fossile. "Nous avons donc commencé à générer des données qui n'existaient pas auparavant sur la structure des syrinx chez de nombreux groupes d'oiseaux différents."

Au fil des années, Clarke et les membres de son laboratoire ont développé de nouvelles méthodes pour disséquer, préserver et scanner les syrinx qui ont permis de révéler le syrinx plus en détail. Ces vues améliorées de l'organe vocal de l'autruche et du colibri ont montré que le comportement des oiseaux peut être tout aussi important que celui du syrinx lorsqu'il s'agit du répertoire de sons produits par ces oiseaux.

Par exemple, dans l'étude du syrinx d'autruche, dans le Journal of Anatomy , les chercheurs n'ont trouvé aucune différence significative dans l'anatomie des syrinx entre les oiseaux adultes mâles et femelles (les études précédentes se concentraient uniquement sur les autruches mâles). Cependant, même si les deux sexes ont le même équipement vocal, les autruches mâles ont tendance à émettre une plus grande variété de sons que les femelles. autruches, avec des sons souvent associés à des comportements agressifs entre mâles turbulents.

Lors d'une visite dans une ferme d'autruches du Texas, les chercheurs ont enregistré 11 types d'appels, allant des cris et gargouillis à haute fréquence chez les bébés autruches aux huées et boums à basse fréquence chez les mâles adultes. Ceux-ci comprenaient quelques types d’appels qui n’avaient jamais été enregistrés auparavant. Les seuls sons définitivement enregistrés chez les autruches femelles adultes étaient des sifflements. Ce qui manquait aux femelles en termes de portée, elles l'ont compensé par leur attitude, a déclaré Michael Chiappone, qui s'est impliqué dans la recherche sur l'autruche en tant qu'étudiant de premier cycle à la Jackson School et est l'auteur principal de l'étude.

"Ils étaient des siffleurs assez prolifiques", a déclaré Chiappone, qui est maintenant doctorant à l'Université du Minnesota.

Pour l'étude des colibris dans le Zoological Journal of the Linnean Society , les chercheurs ont comparé le syrinx colibri au syrinx des martinets et des engoulevent, deux proches parents, et ont découvert que les trois oiseaux avaient des cordes vocales similaires dans leur syrinx malgré des manières différentes d'apprendre leurs cris. Les martinets et les engoulevent fonctionnent avec un répertoire limité d'appels instinctifs, tandis que les colibris sont capables d'élaborer leurs appels en apprenant des chants complexes les uns des autres, un trait appelé apprentissage vocal.

Selon Lucas Legendre, un associé de recherche de la Jackson School qui a dirigé la recherche sur les colibris, les résultats suggèrent que l'ancêtre commun des trois oiseaux avait également une structure de cordes vocales similaire et que cela aurait pu contribuer à jeter les bases de l'évolution de l'apprentissage vocal. chez les colibris.

"Le fait que toutes les structures [des cordes vocales] étaient déjà présentes avant que l'apprentissage vocal ne soit acquis par les colibris leur a probablement permis d'acquérir plus facilement l'apprentissage de la production vocale", a-t-il déclaré.

Avant l’étude, il n’était pas certain que les martinets possédaient des cordes vocales. Dans le cadre de la recherche, Legendre a créé un modèle numérique 3D de la piste vocale rapide qui emmène les spectateurs le long de la trachée jusqu'au syrinx et jusqu'aux cordes vocales qui reposent près du sommet de chaque branche du syrinx. Le modèle, surnommé le « voyage magique et mystérieux » par Clarke, montre les progrès réalisés dans la connaissance anatomique du syrinx que mène son laboratoire.

"Il s'agit d'une structure dont l'existence n'était pas connue en dehors des colibris, mais nos tomodensitogrammes ont révélé que les cordes vocales des martinets sont dans la même position", a déclaré Clarke. "C'est le genre de voyage qu'il nous fallait entreprendre pour obtenir ces réponses."

Dans le même temps, Clarke et son équipe développaient des méthodes pour préserver et capturer l'anatomie du syrinx chez toutes les espèces d'oiseaux. Ils collaboraient avec Clifford Tabin, biologiste du développement à l'Université Harvard, pour étudier les origines évolutives du syrinx en suivant l'expression des gènes qui accompagné le développement des organes vocaux chez les embryons d'oiseaux, de mammifères et de reptiles.

La recherche publiée dans Current Biology est le point culminant de cette collaboration. L'étude détaille comment les scientifiques ont découvert le lien profond entre les tissus du larynx et du syrinx en observant que les mêmes gènes contrôlaient le développement des organes vocaux chez les souris et les embryons de poulet, respectivement, même si les organes provenaient de couches embryonnaires différentes. P>

"Ils se forment sous l'influence des mêmes voies génétiques, donnant finalement au tissu vocal une structure cellulaire et des propriétés vibratoires similaires chez les oiseaux et les mammifères", a déclaré Tabin, co-responsable de l'étude.

L'étude a également analysé le développement du syrinx parmi les espèces d'oiseaux, ce qui impliquait l'observation de l'expression des gènes dans les embryons de 14 espèces différentes, des manchots aux perruches, et a révélé que l'ancêtre commun des oiseaux modernes possédait probablement un syrinx avec deux sources sonores, ou deux sources vocales fonctionnant indépendamment. se plie. Ce trait se retrouve aujourd’hui chez les oiseaux chanteurs, permettant à beaucoup de créer deux sons distincts en même temps. La recherche suggère que l'ancêtre commun des oiseaux pourrait avoir émis des cris tout aussi divers.

Ces résultats pourraient faire la lumière sur les origines du syrinx, mais on ne sait toujours pas quand le syrinx s'est développé pour la première fois et si les dinosaures non aviaires – les ancêtres des oiseaux d'aujourd'hui – possédaient l'organe vocal, a déclaré Clarke. Personne n'a encore trouvé de syrinx fossile provenant d'un dinosaure non aviaire.

Selon Clarke, la meilleure façon de comprendre les possibilités des sons des dinosaures anciens est de continuer à étudier la vocalisation telle qu'elle existe aujourd'hui chez les oiseaux, les dinosaures qui sont encore avec nous et d'autres cousins ​​reptiles.

"Nous ne pouvons pas commencer à parler de la production sonore chez les dinosaures tant que nous n'aurons pas vraiment compris le système des espèces vivantes", a-t-elle déclaré.

Chad Eliason, chercheur scientifique principal au Field Museum of Natural History et ancien chercheur postdoctoral à la Jackson School, a également été un contributeur majeur à ces projets syrinx et à d'autres.