C’est pourquoi les boas constricteurs peuvent encore respirer tout en repoussant la vie de leurs proies

Regarder un boa constrictor capturer et consommer sa proie, c’est quelque chose. D’abord, le serpent frappe et s’accroche à la proie avec ses dents, puis il enroule étroitement son corps autour de la pauvre créature et en extrait lentement la vie. Le constricteur coupe le flux sanguin vers le cœur et le cerveau. Ensuite, le boa ouvre sa mâchoire et avale la proie entière. Le boa utilise ses muscles pour déplacer sa proie le long de son corps jusqu’à l’estomac, où la varmint malchanceuse est digérée au cours des quatre à six jours suivants.

Les boas constricteurs consomment principalement divers rongeurs, lézards et oiseaux de taille moyenne. Ils sont également connus pour manger des proies encore plus grosses, notamment des singes, des cochons sauvages et des ocelots. Indépendamment de ce qui est au menu, comment les serpents parviennent-ils encore à respirer lorsqu’ils écrasent un animal à mort, puisque cette constriction comprime également inconfortablement les propres côtes des boas ? Contrairement aux mammifères (y compris les humains), les boas constricteurs n’ont pas de diaphragme séparé. Ils dépendent entièrement du mouvement de leurs côtes pour respirer.

Des biologistes de l’Université Brown et du Dickinson College ont mené une série d’expériences pour en savoir plus, et ils ont décrit leurs résultats dans un nouvel article publié dans le Journal of Experimental Biology. Les boas constricteurs, ont-ils découvert, ont une capacité remarquable à utiliser de manière sélective différentes sections de leur cage thoracique pour respirer pendant la constriction. Les reptiles utilisent essentiellement l’extrémité de leurs poumons comme soufflet pour aspirer l’air chaque fois que les côtes les plus proches de la tête sont obstruées.

L’équipe a utilisé une combinaison de techniques pour son étude afin de recueillir des données critiques sur le flux d’air, l’activation musculaire et le mouvement des côtes. in vivo. Tous les serpents utilisés dans les expériences sauf un sont nés en captivité, élevés à partir de boas constricteurs capturés dans la nature au Belize. La seule valeur aberrante a été achetée auprès d’un éleveur de reptiles réputé, selon les auteurs.

Le co-auteur John Capano de l’Université Brown a réalisé les expériences aux rayons X, en utilisant une technique connue sous le nom de XROMM (reconstruction par rayons X de la morphologie en mouvement) pour créer des films aux rayons X des serpents. Il a également pris des tomodensitogrammes et a utilisé ces données pour reconstruire les mouvements des côtes et des vertèbres dans un modèle informatique. Capano a d’abord attaché de minuscules marqueurs métalliques à deux côtes de chacun des trois boas constricteurs femelles adultes. Un marqueur a été placé à environ un tiers de la longueur du corps et l’autre a été placé à mi-chemin.

Ensuite, Capano a placé des brassards de tension artérielle sur les côtes à ces deux endroits et a progressivement augmenté la pression pour immobiliser les serpents, simulant essentiellement ce qui se passerait lorsqu’ils écraseraient leur proie. Certains serpents ne semblaient pas se soucier du brassard, selon Capano, tandis que d’autres sifflaient. Cette dernière réponse s’est avérée idéale pour les expériences, car le sifflement oblige les serpents à remplir leurs poumons d’air. Par conséquent, les serpents sifflants ont produit les plus grandes respirations que Capano a pu mesurer.

L’équipe a utilisé la pneumotachographie (souvent utilisée pour étudier l’apnée du sommeil et les troubles associés chez l’homme) pour surveiller le flux d’air dans cinq boas constricteurs, fabriquant de petits masques légers pour les serpents à partir de bouteilles en plastique. Les respirations du serpent sont traversées par un tube en PVC contenant un fin treillis métallique pour offrir une certaine résistance au flux d’air. La différence de pression sur cette résistance fixe donne le débit.

Les auteurs ont reconnu que ces résultats étaient incohérents, principalement parce que les serpents n’arrêtaient pas d’enlever leurs masques. (Même les humains trouvent la procédure inconfortable, on peut donc difficilement blâmer les serpents.) Cependant, la méthode a fourni des données fiables sur les variations de pression et les changements de volume lorsque les serpents inspiraient et expiraient, et les biologistes ont confirmé visuellement que les données de la radiographie vidéos dans plusieurs cas.

Les co-auteurs de Capano au Dickinson College, Scott Boback et Charles Zwemer, ont entrepris de déterminer si les serpents étaient capables de schémas spécifiques d’activation musculaire. Cela a été fait en enregistrant les signaux nerveux qui contrôlaient les muscles des côtes lorsque la pression était appliquée avec les poignets sur un boa femelle adulte et un boa mâle adulte, en utilisant une technique appelée électromyographie. Enfin, Boback a réussi par hasard à capturer un serpent au milieu d’un repas à l’aide d’une caméra GoPro. Il a découvert qu’il n’y avait aucun signal nerveux dans le muscle contracté; au lieu de cela, le serpent a activé un ensemble différent de côtes plus bas sur son corps pour continuer à respirer.

« Nous avons trouvé plusieurs sources de preuves à l’appui de notre hypothèse selon laquelle les boas constricteurs modulent activement les segments du tronc et les côtes utilisés pour la ventilation pulmonaire, en réponse aux mouvements des côtes entravés », ont écrit les auteurs. Lorsqu’une pression a été appliquée sur le brassard sur un tiers de la longueur du corps, les serpents ont répondu en activant les côtes plus en arrière pour respirer. Les serpents les balançaient en arrière et les basculaient pour faire entrer de l’air dans leurs poumons. Lorsque la pression était appliquée plus bas sur le corps, vers l’extrémité du poumon, les serpents activaient les côtes plus près de la tête pour respirer.

Sur la base de leurs découvertes, les auteurs suggèrent que la capacité de resserrer ou d’ingérer de grandes proies n’aurait pas émergé à moins que les serpents n’aient d’abord acquis la capacité de supporter les coûts métaboliques élevés et de réguler leur respiration tout en le faisant. Ainsi, ce trait de « ventilation pulmonaire modulaire » a probablement co-évolué avec ces deux autres traits. La capacité d’activer sélectivement différents segments des côtes afin de respirer tout en consommant de grandes proies aiderait également à conserver l’énergie.

« Sans un tel mécanisme, les premiers serpents auraient été incapables de contourner les contraintes mécaniques et physiologiques que chaque comportement a ensuite produites », a déclaré Capano. et al. conclu. « Cette interaction de traits aurait permis aux premiers serpents de maîtriser et d’ingérer une plus grande variété d’espèces de proies et d’étendre leurs rôles écologiques au-delà de ceux des autres vertébrés allongés, facilitant le remarquable [diversity] de serpents que nous observons aujourd’hui. »

DOI : Journal of Experimental Biology, 2022. 10.1242/jeb.243119 (À propos des DOI).