Pour donner suite à notre série d’adaptations des baleines, cet article de blog se concentrera sur la façon dont les baleines, en tant que mammifères à sang chaud, peuvent rester au chaud tout en vivant dans l’eau, en particulier dans des environnements d’eau froide. Tout comme nous, les baleines sont des mammifères et maintiennent une température corporelle interne constante quel que soit leur environnement. En fait, leur température corporelle est proche de la nôtre — variant d’environ 97 à 100 degrés. Cependant, l’eau conduit la chaleur à l’écart du corps 24.5 fois plus rapide que l’air, ce qui fait de la perte de chaleur un gros problème pour tout mammifère passant du temps dans l’eau. C’est la raison pour laquelle nous nous sentons plus froids dans l’eau et pour laquelle nous pouvons tolérer des températures de l’air plus froides que celles de l’eau.
Afin de réduire les pertes de chaleur, les baleines ont trois adaptations principales: réduire le rapport surface/ volume du corps, utiliser leur épaisse couche de graisse comme isolant et retenir la chaleur par échange thermique à contre-courant.
Il est important que les baleines aient une faible surface par rapport à leur volume corporel total. Je pense que les images pourraient aider à mieux expliquer cela:
De toute évidence, les souris et les éléphants ont des tailles de corps très différentes et des volumes corporels très différents — la quantité d’espace occupée par leur matière corporelle. Mais ce que je voudrais illustrer, c’est que par rapport à leur taille, la souris a une surface beaucoup plus élevée où la chaleur pourrait être perdue dans l’environnement extérieur. Si ces deux animaux étaient exposés au froid, ils finiraient par perdre de la chaleur dans l’environnement. La souris, cependant, perdrait de la chaleur beaucoup plus rapidement car un pourcentage plus élevé de son volume corporel total est exposé à la surface. Afin de préserver la chaleur, il est plus avantageux d’avoir un volume plus important par rapport à la surface de votre corps, il y a donc moins de possibilités de perte de chaleur. Cela aide à expliquer pourquoi les mammifères marins ont tendance à être si grands, car il est bénéfique pour eux d’avoir la plus petite surface relative en contact avec l’eau. Et il est plus facile pour les baleines d’atteindre de grandes tailles car elles n’ont pas à faire face à tous les effets de la gravité comme les mammifères terrestres.
La deuxième façon principale pour les baleines de rester au chaud est la graisse. Bien que la fourrure soit un bon isolant pour les mammifères terrestres, elle ne serait pas aussi efficace pour les baleines pour plusieurs raisons. La fourrure agit comme un isolant car elle emprisonne une couche isolante d’air: cependant, la pression atmosphérique sous les eaux de surface provoque une compression de l’air et une perte de son pouvoir isolant. Par conséquent, les baleines n’ont pas de manteau de fourrure protecteur comme beaucoup de mammifères terrestres ou de phoques et d’ours polaires, et comptent plutôt sur leur graisse épaisse pour isoler leur corps dans l’eau froide. Cette graisse permet une surface externe très lisse, réduisant également la traînée hydrodynamique. Une autre façon dont les baleines réduisent à la fois la perte de chaleur et la traînée est d’intérioriser leurs organes génitaux, au lieu qu’ils soient externes comme la plupart des mammifères terrestres.
La couche épaisse de graisse maintient non seulement la chaleur à l’intérieur du corps, mais la couche de peau la plus externe est refroidie à la même température que l’eau environnante pour réduire davantage la perte de chaleur par conduction. L’épaisseur de la couche de graisse varie selon les espèces et la période de l’année: par exemple, les baleines à bosse ont généralement des couches de graisse d’environ 6 pouces d’épaisseur, tandis qu’après leur saison d’alimentation, les baleines noires peuvent avoir une couche de graisse jusqu’à 50 cm d’épaisseur! Des couches de graisse plus épaisses rendent également certaines espèces plus flottantes. En fait, c’est de là que vient le nom de « baleine noire »; ils sont si flottants qu’ils flottent même lorsqu’ils sont morts et pendant les jours de chasse à la baleine étaient considérés comme la « bonne » baleine à tuer. L’un des effets secondaires de la flottabilité est que ces baleines sortent généralement leurs douves de l’eau plus souvent lorsqu’elles plongent, car elles ont besoin d’une aide supplémentaire pour se propulser dans la colonne d’eau. Les baleines plus profilées, comme les rorquals ou les petits rorquals, ont des couches de graisse de seulement plusieurs pouces d’épaisseur et ont rarement besoin de s’enfoncer lors de la plongée.
Mais ce n’est qu’un aspect de l’histoire, que se passe-t-il si les baleines surchauffent parce qu’elles nagent vite, qu’elles sont actives en surface, qu’elles sont enceintes ou qu’elles sont dans des eaux plus chaudes. Les baleines n’ont pas de glandes sébacées et ne peuvent pas transpirer comme nous le pouvons pour se rafraîchir, elles ont donc besoin d’une stratégie différente pour pouvoir évacuer l’excès de chaleur… et pour évacuer la chaleur, il doit y avoir un moyen de contourner la couche de graisse. Ainsi, alors que le manteau de graisse fournit une excellente isolation à la majeure partie du corps des baleines, certaines zones appelées fenêtres thermiques manquent de graisse et ne sont pas bien isolées. Ces zones comprennent les nageoires, les nageoires dorsales et leurs douves, chacune relativement mince et très vascularisée. Nous ne savons toujours pas exactement quels sont les objectifs de la nageoire dorsale parce que certaines baleines en manquent complètement — mais nous pensons que ces fenêtres thermiques servent parfois à évacuer l’excès de chaleur.
Bien que les fenêtres thermiques soient d’excellentes occasions pour les baleines de perdre de la chaleur en cas de surchauffe, elles ne veulent pas toujours perdre de la chaleur pour l’environnement. L’un des problèmes avec ces zones est que le sang qui en revient est froid et pourrait potentiellement choquer le cœur par le froid. Ceci est empêché par une autre grande adaptation — un système appelé échange de chaleur à contre-courant. Les artères et les veines de ces tissus sont très proches les unes des autres, mais le sang circule dans des directions différentes, ce qui permet au transfert de chaleur à travers les membranes. Ainsi, la chaleur du sang chaud qui quitte le cœur réchauffera le sang froid qui retourne au cœur par les extrémités. Cela signifie que le cœur est toujours pompé avec du sang chaud et cela diminue la chaleur perdue dans l’eau dans ces fenêtres thermiques.
Les baleines ont également cet échange de chaleur à contre-courant dans la palette douce de leur bouche (c’est le rose du toit de la mâchoire supérieure). Lorsque les baleines à fanons sont dans leurs aires d’alimentation en eau froide, elles passent au moins la moitié du temps la bouche ouverte, ce qui peut entraîner une perte de chaleur importante. Ce système permet de s’assurer qu’ils ne perdent pas trop de chaleur dans leur environnement et maintient le sang chaud qui retourne dans le cerveau et le cœur. Il est clair que beaucoup de régulation est nécessaire pour maintenir ce processus compliqué, ce qui rend les baleines extrêmement uniques pour réguler leur température corporelle.
