SAC D'AIR: ÉVOLUTION, DANS QUELS ANIMAUX IL SE TROUVE, FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Les sacs aériens sont des cavités d'air permanentes au sein des organismes. La présence de ces sacs dans les os est appelée pneumaticité, et leur processus de formation au cours du développement osseux est appelé pneumatisation.

La distribution de ces sacs dans le corps des organismes est relativement variée. Ils peuvent être présents dans les os (pneumaticité squelettique) tels que le crâne, les vertèbres, les côtes, le sternum et autres. Ils sont également présents dans le cadre du système respiratoire de nombreux animaux.

Crâne d'un Tyrannosaurus rex. Ces animaux avaient des os crâniens massifs et fusionnés, mais ils avaient de nombreux petits espaces aériens, ce qui les rendait plus légers. Tiré et édité d'AE Anderson, via Wikimedia Commons.

Les scientifiques pensent que le développement des sacs aériens permet aux animaux qui les présentent d'avoir ou d'améliorer l'équilibre, de refroidir efficacement leur corps et d'augmenter les échanges gazeux.

La diversité des organismes que ces sacs possèdent va des oiseaux et mammifères aux insectes. Même aujourd'hui, on sait que les dinosaures avaient des os pneumatiques, c'est-à-dire des os avec des sacs aériens.

Évolution

Parmi les animaux actuels, les oiseaux ont le plus grand nombre de structures avec des sacs aériens dans leur corps. D'un point de vue évolutif, les oiseaux sont les descendants actuels des dinosaures.

Les oiseaux sont connus pour évoluer à partir de petits dinosaures carnivores. Ces dinosaures vivaient à la fin du Jurassique ou plus tard (il y a environ 152 à 163 millions d'années), selon les archives fossiles découvertes en Chine et en Amérique du Sud.

Cependant, on pense que l'ancêtre de tous les oiseaux actuels a vécu à la fin du Crétacé ou plus tard (il y a environ 72 à 100 millions d'années). Cet ancêtre a survécu dans les 65 millions d'années qui se sont écoulés après l'extinction massive des dinosaures.

Le chercheur Peter Ward, en 2006, a suggéré que les premiers sacs aériens chez les dinosaures sont apparus dans des organismes qui vivaient dans la période triasique (il y a environ 252 millions d'années).

Cette structure était un caractère évolutif qui a permis aux organismes qui la possédaient de s'adapter aux faibles niveaux d'oxygène qui existaient pendant cette période.

Cette caractéristique est actuellement maintenue chez les descendants de dinosaures, d'oiseaux. La présence de ces sacs dans d'autres groupes zoologiques peut être due à un mécanisme d'évolution parallèle ou paraphylétique.

Chez les humains

D'un autre côté, nous, les humains, avons des sinus paranasaux. Il s'agit d'un système de cavités d'air situées dans la tête; dans les os frontaux, ethmoïdes, sphénoïdes et dans la mâchoire supérieure.

Il y a beaucoup de controverse sur les aspects évolutifs des sinus paranasaux chez les Néandertaliens et les humains modernes. On ne sait pas avec certitude quelle est l'origine et la fonction évolutive.

L'une des hypothèses proposées sur la présence de ces sacs aériens est l'adaptation au froid extrême. Sujet très discuté et avec de nombreux détracteurs.

La présence de sacs aériens chez les hominidés et autres vertébrés a également été un problème controversé dans l'évolution. Ces sacs sont apparus et ont disparu dans différents groupes, même dans des lignées non apparentées.

Diverses hypothèses ont été proposées sur la présence de pneumatisation ou d'espaces aériens dans le crâne des vertébrés. Parmi ces hypothèses, se détachent les suivantes: adaptations au froid, dispersion de la force de mastication, éclaircissement crânien et stockage de substances.

Dans quels animaux trouve-t-on des sacs aériens?

Les premiers organismes connus à présenter des sacs aériens étaient les dinosaures. Ils étaient présents dans le groupe des Ptrosaures (Dinosaures Volants) et des Saurischiens.

Ces derniers étaient représentés par les Ptéropodes (comme le Tyrannosaurus rex) et les Sauropodes (comme les grands longs cous).

Parmi les animaux actuels, les oiseaux sont ceux qui ont le plus grand nombre de sacs aériens à l'intérieur du corps. Ils sont présents dans toutes ou la plupart des espèces d'oiseaux.

Ces structures se retrouvent également chez d'autres vertébrés, comme les mammifères, à la fois dans les os et dans une partie du système respiratoire.

Les autres animaux qui ont des sacs aériens ou des structures nommées comme telles sont des insectes. Ces arthropodes ont des sacs aériens dans le cadre de leur système respiratoire. Ils sont présents sous forme de dilatations ou d'expansions de la trachée.

Caractéristiques

Sur les dinosaures

Différentes hypothèses ont été avancées sur la fonctionnalité des sacs aériens squelettiques et non squelettiques chez les dinosaures.

La présence de ces espaces pourrait indiquer que dans ces organismes, elle les a aidés à avoir une activité métabolique élevée, car les sacs augmentaient la capacité respiratoire.

Certains auteurs proposent également que les sacs aériens servent à améliorer l'équilibre et à réduire l'inertie de rotation. Cette dernière hypothèse, cependant, est très contestée, car elle ne s'applique pas à des groupes tels que les Sauropodes.

Une autre fonction hypothétique des cavités d'air est de réguler la température corporelle. La présence de plumes recouvrant le corps, ou l'activité de vol, pourrait réchauffer le corps.

Les sacs fonctionneraient alors comme un moyen de dissiper l'excès de chaleur. La présence d'os pneumatiques chez les dinosaures leur a permis d'avoir des os plus légers et a facilité l'évolution de formes vivantes géantes.

Chez les oiseaux

Chez les oiseaux, les sacs aériens non osseux peuvent être considérés comme de petites chambres qui gonflent et se dégonflent. Cela provoque un flux de gaz dans une chambre séparée, analogue à ce qui se passe dans les poumons.

Ils présentent également des cavités aériennes osseuses. La présence de ces espaces a permis aux oiseaux d'avoir des os plus légers. Ceci, à son tour, a permis à la plupart de ces organismes de voler.

De plus, cela les a aidés à avoir des systèmes respiratoires très efficaces, à répartir la masse squelettique et on pense même que cela permet à certains oiseaux de voler à haute altitude.

Sacs aériens non squelettiques chez les oiseaux et les dinosaures. Tiré et édité de CNX OpenStax, via Wikimedia Commons.

Chez les mammifères

Chez les mammifères, il y a des sacs aériens dans les soi-disant sinus paranasaux. Ce sont des diverticules appartenant à la cavité nasale. Ils contiennent de l'air et font partie des os du crâne.

Il existe plusieurs hypothèses sur les fonctions de ces structures pneumatisées. Ces hypothèses incluent l'allégement du crâne, l'échange et la dissipation de chaleur et l'utilisation pour la sécrétion de mucus.

L'étude de ces fonctions a été réalisée sur des animaux tels que chevaux, ruminants, carnivores, petits animaux domestiques (chiens et chats), même chez l'homme.

Chez les insectes

Les sacs aériens des insectes sont des chambres à grande capacité d'expansion. Ils sont associés aux trachées et leur fonction est de stocker l'air et de faciliter le vol.

Références

1. Sac d'air. Anatomie. Récupéré de britannica.com.
2. Pneumaticité squelettique. Récupéré de en.wikipedia.org.
3. L'origine des oiseaux. Récupéré de evolution.berkeley.edu.
4. P. Ward (2006). De rien: dinosaures, oiseaux et atmosphère ancienne de la terre Presse des académies nationales.
5. V. Dressino et SG Lamas (2014). Controverses sur le rôle évolutif de la pneumatisation des sinus paranasaux chez les humains et les néandertaliens en tant qu'adaptation au froid extrême. Ludus Vitalis.
6. Matt Wedel: Chasse au dinosaure gonflable. Récupéré de ucmp.berkeley.edu
7. H. Brooks. (2018). Les os pneumatisés aident les scientifiques à étudier l'évolution de la respiration chez les oiseaux et les dinosaures. Récupéré de upi.com.
8. R. Zárate, M. Navarrete, A. Sato, D. Díaz, W. Huanca (2015). Description anatomique des sinus paranasaux de l'alpaga (Vicugna pacos). Journal de recherche vétérinaire du Pérou.