Question d'origine :
Bonjour,
Comment les divers animaux migratoires font-ils pour se repérer aussi précisément qu'ils le font ? Les anguilles pour choisir le bon fleuve, les saumons pour retourner à l'endroit de leur naissance, les oiseaux pour migrer exactement par le même chemin ? S'orientent-ils uniquement grâce à des oxydes magnétiques dans le cerveau ?
Bien cordialement,
Alice
Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 22/02/2006 à 10h36
« Migration :
Déplacement saisonnier, régulier et de grande amplitude, réalisé par un animal entre une zone de reproduction et une zone d'hivernage généralement dévolue à l'alimentation. »
Source : CEPE
« L’orientation, pour un animal, c’est choisir une direction de déplacement parmi l’ensemble des directions possibles. C’est donc ne pas se déplacer au hasard… Le domaine de l’orientation animale ne se limite pas aux seules migrations : il s’étend aussi à tous les déplacemtns quotidiens non aléatoires. Le but à atteindre peut être soit un objet, soit un lieu. »
Source : L'orientation des animaux
« Navigation : c’est le terme qu’utilisent les biologistes pour parler de la forme la plus évoluée et la plus ocmplexe d’orientation sur longue distance par les animaux."
Source : Dictionnaire du comportement animal
- Sur ce sujet, vous pouvez tout d’abord consulter les réponses que nous avons déjà faites à des questions du Guichet du savoir :
- le suicide des baleines
- les papillons de nuit
- les pigeons voyageurs
- les manchots empereurs.
- Le large extrait suivant de l’article « ORIENTATION ANIMALE » de Encyclopaedia Universalis fait le point sur les différents mécanismes de navigation dans les déplacements lointains des animaux :
« 4. Orientation lointaine et navigation
Conditions
Les phénomènes d'orientation lointaine sont liés aux migrations. Celles-ci peuvent être définies comme des comportements collectifs propres à l'espèce ou, plus exactement, comme des instincts liés à la reproduction et à l'hivernage. Du point de vue de la génétique des populations, la migration apparaît comme une des trois possibilités évolutives principales d'un type animal particulier : confrontée avec des variations écologiques extrêmes, elles-mêmes déterminées par les changements climatiques saisonniers, une espèce peut être menacée de disparition. Elle peut toutefois développer des capacités de régulation qui, défendues par la sélection, définiront à long terme les potentialités adaptatives d'une forme sédentaire. Dans ce cas, une ségrégation géographique rigoureuse sera généralement observée. Si de tels mécanismes n'ont pas pu manifester leurs effets, certaines espèces peuvent survivre par le développement de comportements collectifs susceptibles de mener aux mêmes résultats qu'une organisation hautement complexe des régulations sédentaires. C'est dans ces conditions que la migration devient un caractère de l'espace. En résumé, ou bien l'organisme parvient à se fixer dans un type donné de milieu (sédentarité), ou bien il n'y parvient pas et est obligé de changer périodiquement de milieu (migration).
La condition essentielle à l'établissement du caractère migrateur d'une espèce est la capacité de gagner un lieu éloigné de l'habitat actuellement occupé. Ce lieu ne pouvant être repéré directement à partir de la localité de départ, il est indispensable que l'espèce puisse l'atteindre indirectement par un procédé permettant d'estimer les caps et la durée du déplacement. Ces deux exigences couplées définissent tout procédé de navigation. Les exemples d'espèces migratrices sont nombreux. Parmi les poissons, ce sont les anguilles et les saumons qui sont le mieux connus sous ce rapport. Les anguilles vivent en eau douce jusqu'à leur maturité sexuelle. Lorsqu'elles atteignent une longueur de 100 à 150 centimètres, elles migrent vers la mer et vont se reproduire dans la mer des Sargasses (entre 220 et 300 de latitude nord et 480 à 650 de longitude ouest). Les larves, ou leptocéphales, sont entraînées par les courants marins et gagnent les eaux douces. Dans le cas de l'anguille européenne, ce voyage prend deux ans et demi environ. Les jeunes poissons pénètrent dans les fleuves et migrent à leur tour vers la mer à la maturité. Quant au saumon, il naît en eau douce, se développe en mer et revient dans les rivières pour se reproduire. Les distances couvertes par les poissons migrateurs sont considérables. Des saumons marqués en mer ont été retrouvés dans des rivières à 3 000 kilomètres de leur point de départ. Ce sont toutefois les oiseaux migrateurs qui effectuent les voyages les plus longs. Ainsi, les sternes (Sterna macrura) se reproduisent dans l'Arctique et vont hiverner dans l'Antarctique, ce qui représente un déplacement de 20 000 kilomètres environ.
Mécanismes de guidage
Plusieurs hypothèses ont été émises pour tenter d'expliquer l'orientation des animaux migrateurs. G. Ising (1945) et V. C. Wynne-Edwards (1949) furent les premiers à faire remarquer que le seul repère universel de la navigation était le soleil et qu'au cours de leurs déplacements les migrateurs pouvaient, en principe, estimer leurs changements de position en longitude en se référant aux variations des heures de lever et de coucher du soleil. On avait en outre remarqué que la direction initiale prise par les oiseaux migrateurs était plus précise par temps clair que par temps couvert. Kramer (1950) montra que les étourneaux captifs avaient tendance à adopter une orientation bien définie à l'époque de la migration, mais uniquement par temps clair. Ces expériences établissent l'intervention du repère solaire dans la détermination du cap de départ.
Toutefois, comme la position du soleil change au cours du nycthémère, il est indispensable que l'animal soit capable d'estimer la durée pour corriger son cap au cours du voyage, et qu'il puisse en outre le faire à partir de positions variables de l'astre.
Des expériences ultérieures de Kramer (1952-1953), dans lesquelles il utilise un projecteur jouant le rôle de soleil artificiel, montrent que l'étourneau adopte une orientation dont l'angle par rapport au soleil est modifié en fonction de l'heure, l'oiseau s'orientant de plus en plus vers l'ouest au fur et à mesure que l'heure avance, même si la position de l'astre artificiel est maintenue constante. Cette correction ne peut être effectuée que si l'animal dispose d'un système endogène d'estimation du temps. Celui-ci est généralement appelé « horloge physiologique » dans le vocabulaire des auteurs qui étudient les rythmes du comportement. L'horloge physiologique est, selon toute vraisemblance, un système interne comprenant une pluralité d'oscillateurs de type circadien (c'est-à-dire dont la période propre est voisine de 24 heures). De tels oscillateurs autonomes ont été mis en évidence au niveau des modifications périodiques cellulaires comme au niveau de l'activité locomotrice d'ensemble de l'organisme.
L'estimation du cap par référence à la position du soleil et la mesure du temps par l'horloge interne ont permis à G. V. T. Matthews de développer, en 1955, une théorie astronomique de l'orientation des oiseaux selon laquelle ceux-ci utiliseraient pour se guider les informations fournies par l'arc solaire.
Selon Matthews, l'oiseau serait capable, dans son habitat de départ, de repérer les positions du soleil sur l'arc qu'il décrit à cet endroit et de les situer dans le nycthémère grâce à son horloge physiologique. Or, l'arc solaire a une orientation angulaire constante par rapport à l'horizontale en un lieu donné et son inclinaison apparente est croissante en direction sud et décroissante en direction nord. Le repérage local de l'arc solaire fournit donc une indication de la latitude du lieu. Cela étant, l'oiseau doit pouvoir utiliser ces informations lorsqu'il se trouve en un lieu différent de sa localité habituelle. Il y parviendrait en observant le déplacement du soleil sur son arc au moment où il quitte le lieu inconnu et en extrapolant ce déplacement jusqu'au point de culmination du lieu. Le point de culmination est atteint à un moment qui correspond au midi local ; sa position est orientée vers le sud pour un observateur situé dans l'hémisphère nord et réciproquement. La détermination du point de culmination local fournit donc une heure de référence qui est fonction de la position de l'arc solaire en latitude. L'oiseau comparerait la hauteur méridienne du lieu avec le souvenir de la hauteur méridienne de l'habitat et pourrait donc estimer de cette manière sa position en latitude. Quant à la position en longitude, elle serait fournie par la confrontation de l'heure locale (fonction de la hauteur du soleil) et de l'heure de l'habitat (estimée par l'horloge physiologique ou oscillateur circadien).
Le fondement principal de cette théorie est que l'animal est capable de comparer les points de culmination du soleil, au départ et à l'arrivée. Matthews suppose que l'oiseau acquiert une connaissance relativement précise des positions du soleil sur son arc à son lieu habituel d'envol, lequel coïncide avec la localisation de l'habitat. Or, J. Médioni (1956) fait remarquer avec raison que de telles estimations supposent un point de référence fixe. Ce point n'acquiert dès lors une valeur d'estimation précise que si l'on connaît l'extension des déplacements moyens de l'animal par rapport au lieu de départ et si ceux-ci lui permettent de repérer la position du soleil avec une exactitude suffisante, à partir de n'importe quel point de l'habitat. De plus, la précision des estimations de la hauteur solaire au cours d'un déplacement nord-sud est de l'ordre de 1,5J d'arc par minute pour une orientation exacte à 27 kilomètres près (K. Schmidt-Kœnig, 1970). Enfin, le mécanisme supposé exige théoriquement la comparaison permanente d'une information remémorée (la position au départ) avec une information représentée (la position actuelle au cours du vol), comparaison qui entraîne une erreur considérable, même chez un sujet que l'on supposerait doué d'une excellente orientation spatiale. Ces difficultés d'estimation rendent peu probable l'utilisation d'un système de navigation à deux coordonnées, au moins chez les oiseaux.
Si la théorie fondée sur l'arc solaire n'est pas établie, les mêmes critiques atteignent, mutatis mutandis, les théories qui ont tenté d'élaborer un modèle à partir de données géophysiques, comme celle de Yeagley, auteur déjà cité, qui invoquait les variations du magnétisme terrestre et les forces de Coriolis pour construire une grille de référence à deux coordonnées.
Théorie du compas solaire
L'utilisation du soleil comme moyen de navigation repose sur l'idée que l'astre est un repère à partir duquel des informations en latitude et en longitude peuvent être obtenues grâce à des processus d'extrapolation couplant les azimuts et l'estimation biologique du temps.
Ces processus exigent, quel que soit le paramètre principal, l'équivalent d'un « calcul » dont la précision est trop poussée pour être possible, au moins dans l'état actuel des connaissances relatives aux mécanismes physiologiques susceptibles d'être invoqués chez les migrateurs. Les extrapolations de hauteur et de temps n'étant pas biologiquement acceptables, on peut se demander si la perception de la position du soleil n'intervient pas comme un repère jouant le rôle d'un compas. Cette hypothèse a été défendue par Schmidt-Kœnig depuis 1961 dans toute une série de travaux. Le point de départ de ceux-ci renvoie indirectement aux expériences de Kramer (1951), déjà cité, ainsi qu'aux travaux de Hoffmann (1954) et de Schmidt-Kœnig lui-même (1961).
Dans ses recherches les plus récentes, Schmidt-Kœnig utilise des pigeons bien entraînés et soumet ceux-ci à des épreuves de retour au nid (homing) après leur avoir fait subir au nid une erreur d'azimut allant de 30 minutes à 12 heures. Ces erreurs expérimentales entraînent un déphasage de l'oscillateur circadien. Si l'hypothèse de l'arc solaire est exacte, une telle désorientation initiale doit entraîner des erreurs en fonction de la distance de lâcher. Or, aucune erreur significative n'apparaît entre des lâchers pratiqués à 15 kilomètres et des lâchers pratiqués à 200 kilomètres de distance du nid. Si l'erreur au départ est de 2 heures, l'erreur d'orientation au retour doit, selon la théorie de l'arc solaire, atteindre une valeur d'environ 2 000 kilomètres en longitude. Néanmoins, les expériences montrent que les pigeons traités et les contrôles manifestent des performances comparables. Schmidt-Kœnig en conclut que le soleil n'est vraisemblablement pas utilisé par les oiseaux comme un moyen de navigation couplant les données temporelles et spatiales, mais comme un simple compas fournissant le cap. Dans ces conditions, on aurait affaire, dans le cas des migrateurs et des pigeons entraînés, à un type d'orientation qui utiliserait les données temporelles endogènes pour corriger la position apparente de l'astre, mais non pour comparer des points de culmination locaux.
Navigation astronomique des migrateurs nocturnes
L'utilisation du soleil comme compas a soulevé la question de savoir si les migrateurs nocturnes (qui sont les plus nombreux) sont capables de s'orienter par rapport à la position des étoiles. E. G. F. Sauer (1957) et E. G. F. Sauer et E. M. Sauer (1960) crurent pouvoir établir l'existence de ce type de navigation astronomique chez des fauvettes en observant les oiseaux dans un planétarium. Un tel dispositif permet de projeter sur la face intérieure d'une coupole hémisphérique de grandes dimensions des points lumineux correspondant à la structure de certaines constellations. Dans ces conditions, un ciel artificiel printanier projeté à l'automne, par exemple, désoriente les oiseaux, ceux-ci voletant dans tous les sens et hésitant visiblement entre la direction naturelle de migration compatible avec la saison et celle qu'indique le firmament artificiel. C'est néanmoins cette dernière qui détermine l'orientation finale après quelque temps. Il semble toutefois que la position en latitude du planétarium lui-même intervienne en liaison avec la configuration projetée. Si cette dernière est affectée d'une correction de latitude correspondant au lieu réel de migration de l'espèce, l'orientation des oiseaux est normale. Ces observations en planétarium ont néanmoins fait l'objet de vives critiques, en raison du faible nombre d'animaux utilisés par les expérimentateurs. Cette méthode reste pourtant, en soi, originale et adéquate.
Navigation par repères magnétiques
Selon W. Wiltschko et R. Wiltschko (1975-1976), la navigation des migrateurs nocturnes serait guidée avant tout par les variations du champ magnétique terrestre et, secondairement, par les indices astronomiques fournis par les constellations. Par nuit claire, l'application d'un champ magnétique artificiel déplaçant le nord magnétique de 1200 a pour effet de détourner les oiseaux dans cette dernière direction. Comme Walcott, Gould et Kirschvink (1979) ont pu le montrer, les pigeons possèdent entre le cerveau et la boîte crânienne des masses microscopiques de magnétite, qui interviennent apparemment dans l'orientation par rapport aux variations du champ magnétique terrestre. En planétarium, des merles migrateurs soumis à l'action combinée de constellations et d'un champ magnétique s'orientent selon ce dernier sauf lorsqu'il est très faible, auquel cas ils s'orientent par rapport aux étoiles. Ces faits, et d'autres encore, ont remis à l'honneur le problème de l'orientation magnétique des animaux (et des migrateurs en particulier), qui avait été abandonné à la suite des résultats négatifs obtenus par Yeagley (1947), lequel postulait une grille de navigation combinant les variations du magnétisme terrestre et les forces de Coriolis.
L'hypothèse du guidage olfactif
Cette hypothèse, due à Papi (1972), suppose que pendant les premiers mois de leur vie, les pigeons voyageurs élaborent progressivement les composantes de la « carte » de leur navigation ultérieure, celle-ci se fondant principalement sur des odeurs caractéristiques de certaines régions.
On observe que des pigeons privés expérimentalement de l'olfaction, ou pourvus de substances odorantes placées sur l'orifice nasal, présentent des performances déficitaires dans le retour au nid. En outre, les jeunes pigeons fixeraient par empreinte l'odeur de leur pigeonnier et lui associeraient les odeurs apportées par les vents soufflant en direction de celui-ci. La direction du retour à partir d'un lieu inconnu serait donc orientée en sens opposé de celle qui amène normalement au pigeonnier les informations olfactives originaires de ce point. Cette direction serait en outre précisée par l'orientation au compas solaire ou par des indices magnétiques. Les principaux faits invoqués à l'appui de cette hypothèse sont les suivants :
1. L'orientation initiale correcte fait défaut chez les pigeons exposés à des vents si l'on empêche les animaux de respirer par leurs orifices nasaux dans leur habitat.
2. Si l'on opère une déflexion du vent qui souffle sur les cages des pigeons en utilisant des écrans ayant une orientation angulaire particulière, l'orientation initiale subit une déflexion angulaire correspondante.
3. Lorsque l'on expose les pigeons à un courant d'air venant d'une direction particulière et ayant une odeur spécifique, les oiseaux volent lors du lâcher dans une direction opposée à cette même odeur si celle-ci est appliquée à leur bec.
4. Des pigeons lâchés d'un même endroit, auquel ils ont été amenés par des routes différentes, navigueront en adoptant des orientations initiales différentes, excepté si leurs orifices nasaux ont été bouchés au cours du transport.
En dépit de ces faits, l'existence de gradients chimiques à grande distance que postule cette hypothèse n'est pas établie, en sorte que l'orientation à base olfactive nécessite, de l'aveu même de Papi, un mécanisme de guidage supplémentaire.
Les repères visuels
Les repères visuels susceptibles d'intervenir dans le retour du pigeon au nid ont été étudiés par H. J. Schlichte (1973). Cet auteur avait pourvu ses animaux d'expérience de lentilles de différents types. Lorsque les lentilles étaient rouges ou bleues ou lorsqu'elles absorbaient l'ultraviolet, ou encore lorsqu'elles étaient partiellement obscurcies, la performance de retour n'était pas modifiée. Cela indique que la composition spectrale de la lumière ou une réduction considérable du champ visuel ne jouent pas un rôle déterminant dans l'orientation des animaux. Des lentilles troubles n'entravent pas la navigation parce que les pigeons peuvent encore localiser la position du soleil dans ces conditions, tout en étant incapables de distinguer des détails topographiques grossiers à 6 mètres de distance. L'utilisation de papiers translucides mène aux mêmes résultats ; toutefois, lorsque l'épaisseur du papier est doublée et que le soleil n'est plus repérable, les animaux présentent des performances de retour aussi incertaines que par temps couvert. Quant à l'infrarouge, dont on a supposé qu'il permettait aux pigeons de localiser la position du soleil, il a été démontré que cette région du spectre n'était pas perçue par l'œil de l'oiseau (S. Dijkgraaf, 1953). L'orientation au compas solaire n'exige donc pas, au moins chez le pigeon voyageur, la formation d'une image azimutale précise, et la navigation s'effectue normalement aussi longtemps que le soleil peut être perçu comme une zone d'intensité centrale dans le champ visuel.
Auteur : Georges THINÈS »
- Voici quelques sites Internet pour compléter toutes ces informations par des exemples :
« Au cours de leur trajet, certains oiseaux s'orientent avec le soleil, plus exactement ils sont sensibles aux ultra-violets émis par le soleil (visibles même à travers les nuages). Les oiseaux peuvent aussi s'orienter avec les étoiles et par le champ magnétique terrestre. Mais les oiseaux qui ont perdu leur chemin sont aussi capables de se réorienter. La méthode qu'ils utilisent pour retrouver leur route jusqu'à destination reste le grand mystère de la migration. »
Source : Migration animale
- La migration des oiseaux
- « Les rouges-gorges ont le sens de l’orientation :
Bochum (Rhénanie du Nord - Westphalie). Une étude menée sur le rouge-gorge a montré que si l'oeil droit de l'oiseau est occulté, le passereau perd son sens de l'orientation. La même expérience répétée avec l'oeil gauche, ne provoque aucune perturbation notable. Partant de ce constat, les auteurs de cette étude parue dans Nature (Wolfgang Wiltschko et coll., université de Bochum) ont pu montrer que l'il droit du rouge-gorge comporte une sorte de boussole chimique constituée de molécules aptes à modifier leur état d'énergie suivant leur orientation par rapport au champ magnétique terrestre.
Selon Wiltschko et coll., ce mécanisme agirait en synergie avec un autre système d'orientation, à base de cristaux de magnétite, découvert récemment dans le bec des oiseaux. La boussole oculaire permettrait à l'animal de calculer l'azimut magnétique, tandis que le système incorporé dans le bec le renseignerait sur l'intensité du champ magnétique.
Source: BE Allemagne n° 114 - Ambassade de France en Allemagne »
Source : les rouges-gorges ont le sens de l’orientation
« Le mécanisme d'orientation qu'utilisent les saumons pour retrouver leur rivière d'origine n'est pas encore connu en totalité. On sait qu'ils utilisent des moyens de repérage variés :
• orientation solaire,
• magnétisme terrestre
• reconnaissance de l'odeur de la rivière d'origine une fois arrivé sur le plateau continental. »
Source : Le saumon
« Afin de comprendre l'écologie de l'anguille européenne argentée, espèce exotique, Anguilla anguilla, introduite dans les eaux japonaises, nous avons analysé le comportement migratoire de 106 individus capturés dans la zone côtière du Japon, entre avril 1997 et mars 2002. Leur comportement migratoire est apparemment corrélé aux différents facteurs environnementaux, en particulier, la photopériode, la température de l'eau, la phase de lune et le passage de dépression atmosphérique et il est similaire au comportement de cette espèce dans les eaux européennes. Ces résultats laissent suggérer que les anguilles européennes acclimatées gardent leur capacité à répondre à des stimuli environnementaux, pour la migration vers la mer, en milieu tempéré comparable. La date de la migration des anguilles européennes argentées coïncide avec celle des anguilles japonaises indigènes A. japonica, ce qui laisse supposer que l'anguille européenne argentée est synchronisée physiologiquement avec l'anguille japonaise par les mêmes facteurs environnementaux. »
Source : l'écologie de l'anguille européenne argentée
- Pour finir, quelques lectures :
- L’article complet sur « l’Orientation animal »e de Encyclopaedia Universalis
- L’article « Navigation » du Dictionnaire du comportement animal
- L'orientation des animaux
Et plus généralement sur les migrations :
- La France à tire-d'aile
- Atlas des oiseaux migrateurs
- Le grand envol
- Migrations
- Migrateurs sans frontière
- L'aventure du saumon
DANS NOS COLLECTIONS :
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