Comment les boas constricteurs préviennent-ils la suffocation lorsqu'ils pressent leurs proies ?

Les Boa constrictors sont réputés pour chasser en embuscade à leurs proies, puis en serrant les animaux capturés à mort avec leurs bobines musculaires. Mais comme un boa resserre son corps autour d'une victime et coupe le flux sanguin vers le cerveau de cet animal, comment le serpent évitait-il de presser tout l'air de ses propres poumons et de suffoquer en même temps ?

Il s'avère qu'un constricteur de boa peut rapidement ajuster la section de votre cage thoracique que vous utilisez pour respirer, selon une étude publiée dans le Journal of Experimental Biology (JEB). Ainsi, si un boa attrape un écureuil ou un rat en utilisant la moitié avant de son corps, la constriction utilisera les côtes sous son corps ressemblant à des nouilles pour continuer à respirer tout en écrasant le rongeur. De même, les côtes les plus proches de la tête de l'animal prendront le relais si les côtes postérieures sont actuellement pressées contre un animal immobilisé.

« La constriction est un comportement incroyablement drainant en énergie et nécessite presque certainement une forte demande en oxygène », a déclaré David Penning, professeur adjoint de biologie à la Southern Missouri State University, qui n'a pas participé à l'étude. La nouvelle recherche « contribue à dissiper une partie de la confusion quant à la façon dont l'apport en oxygène se produit au cours de ce processus ardu ».

En plus de révéler comment les boas respirent pendant la constriction, « je pense que ce travail peut être utilisé pour faire des inférences plus larges au-delà du constricteur du boa », a déclaré Penning à Wordssidekick.com dans un e-mail. « Non seulement nous en savons très peu sur le fonctionnement des serpents, mais nous en savons également peu sur les besoins métaboliques réels de la plupart de leurs activités. »

Évolution du poumon du serpent

« Cette capacité à contrôler la section de votre cage thoracique impliquée dans la respiration a probablement permis aux boas d'évoluer vers leurs formes actuelles », a déclaré le premier auteur de l'étude, John Capano, chercheur associé postdoctoral au département d'écologie, d'évolution et de biologie des organismes de l'Université de Informations sur Brown. « Vous ne semblez pas être capable de développer une constriction pour tuer de très grandes choses si vous compromettez la ventilation pulmonaire », a déclaré Capano.

Cette stratégie respiratoire précise est également susceptible d'aider les boas à survivre au processus d'ingestion et de digestion de grandes proies, car ces aliments puissants restreignent le mouvement des côtes de l'animal de l'intérieur, a déclaré le spécialiste à WordsSidekick.com. Dans leur rapport, les auteurs de l'étude émettent l'hypothèse que d'autres espèces de serpents sont susceptibles d'utiliser cette même méthode de respiration, et que la méthode a probablement évolué avec les crânes très mobiles des serpents, qui se contractent afin que les animaux puissent envelopper leurs mâchoires autour d'énormes proies et les avaler.

Contrairement aux humains, les serpents n'ont pas de diaphragmes, ces grands muscles en forme de dôme qui se contractent et s'aplatissent pour permettre aux poumons d'une personne de se dilater et de se remplir d'air, puis de se détendre et de comprimer les poumons pour expulser l'air. Au lieu de cela, les serpents utilisent les muscles attachés à leurs côtes pour modifier le volume de leur cage thoracique et permettre à l'air d'entrer et de sortir des poumons.

Lorsque les animaux respirent avec leur cage thoracique, ils utilisent généralement de petits muscles appelés intercostaux qui s'étendent entre les côtes adjacentes, selon Capano. Ces animaux utilisent les muscles intercostaux pour déplacer des « blocs » entiers de côtes à la fois, plutôt que d'avoir un contrôle indépendant et précis des côtes individuelles.

En comparaison, les boas et les autres serpents utilisent principalement les muscles de levage du rivage pour respirer ; chaque élévateur côtier s'étend de la colonne vertébrale à l'une des plus de 400 côtes du serpent. Dans leur nouvelle étude, l'équipe a révélé comment chaque côte d'ascenseur « peut essentiellement contrôler les mouvements de manière beaucoup plus discrète ». « Vous pouvez simplement soulever cette côte individuelle », ont-ils dit. Lorsqu'un élévateur se contracte, il tire la côte vers l'arrière, comme une porte sur une charnière, tout en provoquant une légère rotation de l'os ; ces mouvements délicats contrôlent quand et où les poumons des serpents peuvent être gonflés.

Tous les serpents ont des poumons droits complètement développés, mais selon l'espèce, un serpent peut avoir un poumon gauche négligeable ou aucun poumon gauche, selon un rapport de 2015 publié dans le magazine PLOS One . Les boas constricteurs appartiennent au premier groupe, car ils ont un minuscule poumon gauche et un long poumon droit d'environ un tiers de la longueur du corps du serpent, note le rapport JEB.

Le tiers antérieur du poumon long, celui le plus proche de la tête du serpent, contient des tissus qui peuvent effectuer des échanges gazeux, ce qui signifie qu'il peut faire passer l'oxygène dans la circulation sanguine et éliminer ou exhaler les déchets, tels que le dioxyde de carbone. Les deux tiers arrière du poumon ne peuvent pas effectuer d'échange gazeux et ne sont essentiellement « qu'un sac », a déclaré Capano.

Les scientifiques ont différentes théories sur la fonction de cette région en forme de sac, mais la nouvelle étude soutient l'idée qu'elle agit comme une sorte de soufflet qui aide à aspirer l'air à travers l'avant du poumon qui échange des gaz, selon l'expert. Ainsi, lorsque l'avant du poumon ne peut pas se dilater complètement, lorsque le boa est occupé à manger une collation, l'arrière du poumon peut toujours aspirer de l'air à travers les tissus et permettre un échange gazeux. « Même si votre poumon avant ne peut pas bouger, ou même si quelque chose l'écrase, vous pouvez toujours aspirer de l'air à travers lui. Et puis, ce faisant, vous attirez encore de l'air oxygéné à travers votre tissu vasculaire », a-t-il ajouté.

L'équipe a découvert que les boas constricteurs utilisaient cette méthode respiratoire unique en plaçant des brassards de tensiomètre sur les boas adultes de leur laboratoire, afin de restreindre le mouvement de certaines côtes des serpents. L'équipe a utilisé plusieurs techniques pour mesurer le flux d'air entrant et sortant des poumons des serpents et l'activité électrique de différents muscles. Ils ont également utilisé une technique appelée « reconstruction par rayons X de la morphologie en mouvement » (XROMM) pour suivre le mouvement des côtes des serpents, en temps réel.

L'utilisation de XROMM consistait à placer de petits marqueurs métalliques sur certaines côtes des serpents, puis à scanner les animaux de côté et d'en haut lorsqu'ils se déplaçaient. En combinant les images prises des deux points de vue, l'équipe a capturé comment les côtes se déplaçaient en trois dimensions et a créé des modèles détaillés de la cage thoracique en mouvement.

« La nouvelle étude montre très bien comment le mouvement des côtes du boas change en réponse au brassard de pression artérielle, qui presse l'animal de tous les côtés », a déclaré Penning. Cela dit, lorsqu'un serpent resserre réellement un animal, le côté du serpent qui entre en contact avec la proie « effectue probablement la majeure partie du travail en exerçant une force », tandis que l'autre côté du serpent peut être moins comprimé, en comparaison, a noté l'expert. Pour l'avenir, Capano a dit qu'il est intéressé à étudier comment les boas et autres serpents bougent leurs côtes lors de différents comportements dynamiques, comme le glissement.

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