Des voies nasales uniques aident les phoques de l’Arctique à supporter le froid

MADRID, 14 déc. (EUROPA PRESSE) –

Des voies nasales plus alambiquées que les autres variétés de l’espèce aident les phoques de l’Arctique retenir plus efficacement la chaleur et l’humidité lors de l’inspiration et de l’expirationrévèle une nouvelle étude.

“Grâce à cette structure élaborée de leurs narines, les phoques arctiques perdent moins de chaleur par échange thermique nasal que les phoques subtropicaux lorsque les deux sont exposés aux mêmes conditions”, a déclaré l’auteur correspondant et physico-chimiste Signe Kjelstrup de l’Université norvégienne des sciences et technologies. . “C’est un avantage évolutif, en particulier dans l’Arctique, où la perte de chaleur est une dissipation d’énergie qui doit être remplacée par de la nourriture.”

Selon lui, “ce qui est surprenant, c’est que ces phoques arctiques retiennent 94% de l’eau lorsqu’ils inspirent et expirent. Cela signifie que la majeure partie de l’eau ajoutée à l’air lors de l’inhalation est ensuite récupérée lors de l’expiration”.

Dans les environnements froids et secs, les animaux perdent de la chaleur et de l’humidité simplement en respirant. La plupart des mammifères et des oiseaux possèdent des os complexes appelés maxilloturbinats à l’intérieur de leurs voies nasales, ce qui contribue à minimiser ce risque. Ces plateaux osseux poreux sont recouverts d’une couche de tissus muqueux richement vascularisés qui réchauffent et humidifient l’air inhalé, ce qui est important pour la fonction pulmonaire, et réduire la quantité de chaleur et d’humidité perdue pendant l’expiration.

Cependant, la structure de ces os varie selon les espèces. L’équipe de Kjelstrup avait déjà montré que le nez des rennes permettait un échange thermique efficace dans des conditions froides, mais comme les rennes ne vivent pas dans des environnements diversifiés, ils se sont tournés vers les phoques pour voir si le nez des animaux arctiques avait quelque chose de spécial.

“On ne trouve pas de rennes au milieu de la Méditerranée, mais les phoques vivent dans de nombreux environnements différents, cela nous a donc permis de tester cette question”, explique Kjelstrup. “Et nous savions grâce à une étude précédente que “Le nez des phoques arctiques ressemble à une éponge et est très dense, tandis que celui des phoques méditerranéens a une structure plus ouverte.”

Les chercheurs ont utilisé pour leur étude, publiée dans le ‘Journal biophysique’, tomodensitométrie pour réaliser des modèles 3D des cavités nasales/maxilloturbinées d’une espèce de phoque arctique, le phoque barbu (« Erignathus barbatus »), et d’une espèce subtropicale, le phoque moine de Méditerranée (« Monachus monachus »).

Ils ont ensuite utilisé des modèles de dissipation d’énergie pour comparer la capacité des joints à chauffer et humidifier l’air pendant l’inhalation et à réduire la perte de chaleur et d’humidité pendant l’expiration. L’équipe a testé les deux phoques dans des conditions arctiques (-30 ºC) et à 10 ºC, ce qui serait une journée froide pour un phoque moine de Méditerranée.. Ils ont également ajusté différents paramètres du modèle pour identifier les caractéristiques géométriques de la cavité nasale qui sont importantes pour sa fonction.

Le modèle indique que les phoques arctiques sont beaucoup plus efficaces que les phoques subtropicaux pour retenir la chaleur et échanger de l’eau aux températures ambiantes arctiques et méditerranéennes. À -30 °C, les phoques souterrains ont perdu 1,45 fois plus de chaleur et 3,5 fois plus d’eau par cycle respiratoire que les phoques de l’Arctique, et à 10 °C, les phoques souterrains ont perdu 1,5 fois plus de chaleur et 1,7 fois plus d’eau par cycle respiratoire que les phoques de l’Arctique. fois plus d’eau.

Cet avantage était dû à la cavité nasale plus complexe et plus dense du phoque arctique. Plus précisément, les chercheurs ont démontré que le périmètre plus large des maxilloturbinats du phoque arctique est essentiel pour limiter la dissipation d’énergie à basse température ambiante.

L’étude a porté sur l’humidité et la perte de chaleur par cycle respiratoire (c’est-à-dire pendant une inspiration et une expiration), mais le rôle de la fréquence respiratoire reste flou. Cela est particulièrement compliqué dans le cas des phoques, qui interrompent leur respiration pendant plusieurs minutes lorsqu’ils plongent.

À l’avenir, les chercheurs espèrent étudier les structures nasales d’autres espèces pour voir si différentes structures offrent des avantages évolutifs dans d’autres environnements. “Le chameau, par exemple, n’a pas besoin d’économiser beaucoup de chaleur, mais il a besoin d’économiser de l’eau. Nous pensons donc que cela pourrait nous renseigner sur l’importance relative des deux”, explique Kjelstrup.

En fin de compte, les chercheurs prévoient utiliser ces informations pour concevoir des échangeurs de chaleur et des systèmes de ventilation plus efficaces. “Si la nature peut créer d’aussi bons échangeurs de chaleur, je pense que nous devrions les copier en ingénierie pour créer des processus plus efficaces, par exemple dans les climatiseurs”, suggère Kjelstrup.