Le velcro venait des bavures. Le circuit Schmitt Trigger a été inspiré par les nerfs de calmar. Le nez à grande vitesse du train à grande vitesse Shinkansen imite le bec du martin-pêcheur. Les ingénieurs explorent constamment le monde naturel à la recherche de plans.
L’écholocation est un autre cas où la nature est parvenue à la solution bien avant les humains. Le processus consiste à frapper un objet avec des ondes sonores à haute fréquence et à écouter le rebond. Les humains utilisent le sonar depuis plus d’un siècle. Mais les baleines à dents et les chauves-souris l’ont perfectionné en premier.
Les dauphins, marsouins et cachalots utilisent ce sonar biologique. Il en va de même pour environ 1 000 espèces de chauves-souris. À mesure que l’ingénierie évolue, les futurs inventeurs s’inspireront probablement de ces animaux. Mais quel groupe offre le plus de valeur aux pionniers de demain ?
Les scientifiques se sont mutuellement critiqués sur cette question. Laura Kloepper, professeur adjoint de biologie au St. Mary’s College de l’Indiana, a présenté de nouvelles recherches lors de la réunion de novembre 2018 de l’Acoustical Society of America. Elle a souligné les principales différences entre l’écholocation des chauves-souris et des dauphins. Sa conclusion est sans ambiguïté. Elle pense que les chauves-souris utilisent cette technique de manière beaucoup plus impressionnante.
Tout le monde n’est pas d’accord. Il n’y aura peut-être pas de vainqueur définitif dans cette bataille auditive. Avant de choisir un camp, considérez les données.
L’avantage en termes de portée et de volume
Le son se propage environ quatre fois plus vite dans l’eau que dans l’air. Cela permet aux baleines à dents d’écholocaliser sur des distances considérables. Un grand dauphin immergé peut identifier des proies potentielles à une distance de 361 pieds. Cela fait 110 mètres.
Les chauves-souris ont une portée sonar beaucoup plus étroite. La plupart des espèces chasseuses d’insectes détectent leurs proies uniquement dans un rayon de 9,8 à 16,4 pieds. Cela fait 3 à 5 mètres. En termes d’aire de répartition, les baleines l’emportent largement.
Le volume est une autre mesure où les baleines à dents dominent. Les dauphins et leurs congénères utilisent leurs voies nasales pour générer des clics. Ces sons se propagent à travers le « melon », un organe graisseux situé au-dessus des mâchoires. Le melon agit comme un mégaphone intégré. Il concentre et dirige le son sortant.
Certaines de ces baleines produisent des clics pouvant atteindre 230 décibels. C’est près de 130 décibels de plus que le rugissement des trains dans une station de métro de New York. Il éclipse également les bruits émis par les chauves-souris. Les flyers équipés d’un sonar émettent des sons d’environ 100 à 100 décibels.
Chez les chauves-souris, la langue ou le larynx génère généralement les ondes sonores. Les scientifiques ont récemment découvert une technique plus primitive. Une étude de 2014 a rapporté que les chauves-souris frugivores de l’Ancien Monde naviguaient dans l’obscurité en cliquant sur leurs ailes. Ils écoutent ensuite l’écho. Les chercheurs cherchent encore à comprendre comment cela fonctionne.
Traitement du bruit
Faire du bruit ne représente que la moitié du défi. Vous devez traiter les échos renvoyés dès leur arrivée. Les dauphins utilisent leurs mâchoires et leurs dents pour intercepter les échos. Ces signaux passent aux oreilles moyennes. Les chauves-souris utilisent des oreilles externes envahies pour collecter les signaux de retour.
Même avec ces grandes oreilles, il est remarquable que les chauves-souris entendent si bien. De nombreuses espèces vivent, voyagent et chassent en colonies massives. Les plus grands groupes contiennent environ 15 millions d’animaux. Lorsque des centaines ou des millions de chauves-souris font écho simultanément, le résultat est un bruit de fond chaotique.
Une chauve-souris donnée doit distinguer ses propres cris de ceux des autres. Pour y parvenir, les mammifères ailés modifient la hauteur, la fréquence et le timing de leurs voix individuelles. Certains vont plus loin. La chauve-souris mexicaine à queue libre émet délibérément des sons pour brouiller les signaux sonar des autres chauves-souris. Tout est juste en amour, en guerre et en chasse aux insectes.
Les signaux des chauves-souris sont complexes. Ils sont flexibles et faciles à manipuler. Les clics du sonar des baleines à dents sont plus homogènes. Les cétacés ont moins de contrôle sur la hauteur ou la durée de leurs sons relativement simples.
Cette flexibilité est l’une des raisons pour lesquelles Kloepper considère les chauves-souris comme plus sophistiquées. Les stratégies anti-brouillage soutiennent ce point de vue. Dans une expérience récente, Kloepper et ses collègues ont exposé deux dauphins à des enregistrements de clics artificiels de cétacés. Les bêtes aquatiques ne se sont pas dépaysées. Ils ont légèrement modifié le timing et les fréquences de leurs signaux sortants.
La performance était correcte. Kloepper souligne cependant que les chauves-souris conservent une plus grande flexibilité vocale. Les possibilités techniques cachées dans la gorge d’une chauve-souris pourraient bien être plus complexes que celles du melon d’une baleine.
Le 16 novembre 2018, un débat amical du Science Friday a mis en évidence une divergence surprenante dans les capacités sonar des chauves-souris et des dauphins. Kloepper a représenté l’équipe Bat contre Brian Branstetter, biologiste à la National Marine Mammal Foundation. Au milieu de la discussion, Branstetter a souligné l’avantage distinctif que les baleines à dents ont sur leurs homologues volantes.
Les chauves-souris utilisent le son pour cartographier l’extérieur des objets solides. Les signaux réfléchis leur indiquent à quoi ressemble un objet de l’extérieur. Les dauphins fonctionnent différemment. Parce que le son se propage dans l’eau, leurs signaux d’écholocation traversent les cibles. Cela leur permet de voir aussi bien à l’intérieur qu’à l’extérieur d’un objet. Une étude de 1992 a prouvé que les grands dauphins pouvaient déterminer l’épaisseur des cylindres creux en utilisant uniquement leur écholocation naturelle.
Les deux espèces peuvent sembler aux antipodes. Ils vivent dans des environnements différents. Ils ont évolué sur différents continents. Pourtant, l’analyse génétique de 2010 révèle un chemin commun. Les deux lignées ont développé indépendamment le sonar après avoir subi des mutations similaires liées à l’audition. L’évolution s’est répétée. L’Histoire résonne.
Au-delà des chauves-souris et des baleines
Les chauves-souris et les baleines à dents ne sont pas les seuls animaux à dépendre du sonar. Les oiseaux pétroliers, qui vivent dans les grottes, utilisent l’écholocation pour naviguer dans l’obscurité totale. Les musaraignes peuvent également utiliser cette astuce pour détecter leur environnement. La capacité de « voir » avec le son est plus répandue qu’on ne le pensait.
“Les dauphins peuvent déterminer l’épaisseur des cylindres creux en utilisant uniquement leurs talents d’écholocation.”
Cette convergence biologique soulève des questions sur la manière dont les animaux perçoivent leur monde. Pour les chauves-souris, l’extérieur compte le plus. Pour les dauphins, l’intérieur recèle des secrets. Les deux stratégies fonctionnent. Les deux ont évolué grâce à des changements génétiques similaires. Le mécanisme est différent. Le résultat est le même.
Pourquoi tant d’animaux ont-ils besoin de ce sens ? L’obscurité cache les prédateurs. L’eau trouble obscurcit les proies. La solution est simple. Envoyez un son. Écoutez le retour. Le cerveau construit une image à partir de l’écho. C’est un langage universel de l’espace.
L’oiseau pétrolier vole dans le noir. La musaraigne creuse dans la terre. Le dauphin nage dans le bleu. La chauve-souris vole la nuit. Ils écoutent tous. Ils entendent tous. L’écho est réel. C’est toujours là. En attendant.
