Ils découvrent comment les chauves-souris ont commencé à voler

Les recherches qui révèlent cela ouvrent également la porte au développement de drones plus sophistiqués.

Les drones actuels (avions autonomes très utiles aux domaines d’application variés) ne peuvent toujours pas imiter les systèmes biomécaniques sophistiqués que les animaux (oiseaux, chauves-souris…) ont développés pour voler. L’origine des incroyables caractéristiques aérodynamiques des organismes vivants dans la nature reste encore un mystère. Chaque partie éclaircie de ce mystère peut signifier un grand progrès pour la création de machines volantes.

« Les drones, comme le petit appareil sur Mars, sont encore très rudimentaires. Le domaine militaire, l’ingénierie et d’innombrables autres applications pratiques suscitent beaucoup d’intérêt pour comprendre le vol des animaux, fabriquer des machines qui leur ressemblent et pouvoir explorer les avantages pratiques et les capacités dont disposent les animaux pour se déplacer dans les airs. “, explique Norberto Giannini, scientifique du Conseil national de la recherche scientifique et technique (CONICET) de l’Unité d’exécution de Lillo (UEL, CONICET-Fundación Miguel Lillo), en Argentine, qui a dirigé l’équipe internationale de scientifiques auteur d’une étude qui fournit des données nouvelles et révélatrices sur la façon dont les premières chauves-souris ont commencé à voler, un mystère resté sans réponse et qui peut ouvrir la porte à des avancées importantes dans le domaine de l’ingénierie aéronautique.

Les chauves-souris constituent un modèle d’étude parfait en ce sens : les seuls mammifères volants et l’un des trois exemples offerts par la nature évolutive du vol motorisé. « Les ptérosaures, les oiseaux et les chauves-souris sont les seuls vertébrés capables de voler propulsé, c’est-à-dire de voler avec des ailes », explique Giannini, « et comparés aux insectes, ils sont beaucoup plus gros. Mais les chauves-souris d’aujourd’hui ont un vol très sophistiqué, car leur appareil alaire est très évolué et elles possèdent de nombreux détails de fonctionnement. “Nous recherchons la chauve-souris fossile la plus ancienne découverte, pour voir comment elle a commencé à voler, comment elle a effectué cette première transition du vol plané au vol.”

En 1859, Charles Darwin avait déjà postulé théoriquement, dans son livre Sur l’origine des espèces, que les chauves-souris étaient passées du vol plané au vol dans les airs. On sait aujourd’hui que cela aurait pu être possible grâce à des mutations dans la main qui l’ont rendue palmée et allongée et ont été intégrées dans un bauplan de glissement (plan corporel) préexistant. Pour la première fois, l’équipe de Giannini a réussi à vérifier cette théorie en combinant trois avancées scientifiques : d’une part, disposer d’un modèle informatique suffisamment adapté pour simuler le vol des chauves-souris primitives. D’autre part, il possède le plus ancien fossile de chauve-souris jamais enregistré : Onychonycteris finneyi. Un animal qui vivait il y a 52 millions d’années, au début de l’Éocène, dont deux fossiles ont été découverts en 2008 et sont conservés au Canada et à New York. Troisièmement, imiter l’atmosphère de cette époque, afin d’établir les mécanismes impliqués dans l’évolution du vol propulsé chez les mammifères dans l’environnement dans lequel ils évoluaient, beaucoup plus dense qu’aujourd’hui.

« Les oiseaux et les mammifères volent en battant des ailes, en bougeant leurs ailes et en se propulsant dans les airs. Contrairement à d’autres espèces planantes, comme l’écureuil volant, les chauves-souris utilisent leur force musculaire et leurs ailes. Cette transition est biomécaniquement très exigeante, elle est difficile », explique Giannini. « Les défis du milieu aérien pour le vol sont nombreux d’un point de vue biomécanique. L’animal doit vaincre la gravité, les risques de chute, de chute. De plus, l’air est un fluide mince comparé à l’eau, il est donc difficile de l’utiliser pour se déplacer. Voler signifie transmettre de l’énergie dans l’air d’une manière spécifique. La même chose se produit avec un poisson qui nage dans l’eau, mais le milieu fluide est plus facile à exploiter du point de vue de la force que l’animal peut exercer sur le milieu. La nageoire d’un poisson peut être très petite, tandis que l’aile d’un mammifère est relativement très grande. Une très grande structure anatomique est nécessaire. Évolutionnellement, atteindre ce point est très difficile. C’est un des problèmes que lui a posé Darwin, qui parlait de la difficulté de cette transition, et que nous avons pu vérifier. Nous montrons que la chauve-souris fossile clé, Onychonycteris finneyi, était capable de glisser et de battre des ailes. Une caractéristique qui conforte l’hypothèse actuelle du vol plané sur les origines du vol des mammifères pour des raisons aérodynamiques », explique Giannini.

“Nous pouvons souligner une validation de la théorie darwinienne selon laquelle l’origine du vol passait d’un planeur à un volant”, explique le scientifique. «Cela signifie que d’autres théories sont affaiblies, qui postulaient que l’origine du vol chez les chauves-souris pourrait provenir du sol, qui postulaient que les animaux couraient vite jusqu’à ce qu’ils acquièrent de la vitesse et finissent par se lever et voler comme c’est admis aujourd’hui pour les oiseaux. Chez les chauves-souris, cela est très improbable, car leurs membres sont structurellement différents et elles ne peuvent pas courir. L’air est nécessaire pour circuler à travers les ailes. Ce sont les ailes qui créent la différence de pression qui produit la portance. L’énergie nécessaire au mouvement des ailes provient des muscles eux-mêmes qui battent l’air. L’air passe à travers les ailes et la portance y est produite, la force aérodynamique qui le maintient dans ce vol en palier. Nous démontrons que la force musculaire estimée pour le fossile est suffisante pour cette anatomie, aussi bien dans des conditions normales qu’hyperdenses. Et vous pouvez aussi planifier, c’est ce qui unit les deux systèmes », explique Giannini.

Reconstruction d’une partie de la structure corporelle d’Onychonycteris finneyi, à partir des restes fossiles de deux individus. (Images : Giannini, NP, Cannell, A., Amador, LI et al. / Biologie des communications)

Grâce à leurs déductions, les scientifiques ont également observé que « la transition du vol plané au vol aurait même pu se produire plus tôt. Bien que nous ayons découvert que dans une atmosphère hyperdense, ils pouvaient déjà voler, on peut voir que la transition se serait produite dans une structure encore plus primitive que celle que nous observons dans le fossile. C’est-à-dire qu’avant ce fossile aurait pu apparaître un animal planeur plus primitif, qui serait passé au vol », prévient Giannini, et pointe enfin vers la prochaine étape de cette recherche : « Ce que nous voulons maintenant, c’est mettre ces résultats en pratique. le test avec une vraie version robotique, pas un modèle informatique. Nous voulons vérifier dans la réalité physique ce que nous avons vu théoriquement », conclut le scientifique.

L’étude est intitulée “La paléoatmosphère facilite une transition planée vers le vol propulsé chez la chauve-souris de l’Éocène, Onychonycteris finneyi”. Et cela a été publié dans la revue académique Communications Biology, du groupe Nature. (Source : Cintia Kemelmajer/CONICET. CC PAR 2,5 AR)