Quarante-deux minutes. C’est tout ce que la frégate du Pacifique s’accorde en une journée entière de vol, alors qu’elle plane parfois durant des semaines sans jamais toucher l’eau ni la terre. Grâce à des électroencéphalogrammes miniatures posés sur des oiseaux sauvages, des chercheurs de l’Institut Max Planck d’ornithologie ont enfin percé le mystère d’un des comportements les plus étranges du règne animal : comment un animal peut-il voler pendant des mois sans jamais dormir vraiment, et surtout, que fabrique son cerveau pendant ce temps ?

Sommaire

1. Un cerveau qui se coupe en deux pour survivre en vol
2. Des micro-siestes de douze secondes, glissées dans les ascendances
3. Le grand rattrapage au retour sur terre

Un cerveau qui se coupe en deux pour survivre en vol

La Fregata minor, ou frégate du Pacifique, appartient à cette poignée d’oiseaux marins capables de rester en l’air durant des périodes extrêmes, se nourrissant de poissons volants et de calmars chassés à la surface de l’océan. Les frégates du Pacifique sont connues pour leur capacité à voler des semaines sans se poser, planant sur des milliers de kilomètres en minimisant les battements d’ailes pour économiser leur énergie, ce qui leur permet de tenir plus de deux mois lors de leurs migrations transocéaniques. Un vol prolongé qui posait une question simple en apparence, mais restée sans réponse pendant des décennies : est-ce que ces oiseaux dorment réellement en plein ciel ?

Pour le savoir, une équipe dirigée par le chercheur Niels Rattenborg, de l’Institut Max Planck d’ornithologie, s’est rendue sur les îles Galápagos. Les chercheurs ont suivi l’activité cérébrale de 15 frégates sur 10 jours et près de 5 000 kilomètres, à l’aide de capteurs si légers qu’ils n’entravaient en rien le vol des animaux. Le dispositif de mesure, batteries comprises, ne pesait que douze grammes pour des oiseaux capables d’atteindre 1,5 kilo. Une prouesse technique qui a permis, pour la première fois, d’enregistrer en direct l’activité des deux hémisphères cérébraux d’un oiseau en plein vol au-dessus de l’océan.

Les résultats, publiés dans la revue Nature Communications en 2016, ont confirmé ce que les scientifiques soupçonnaient depuis longtemps sans jamais avoir pu le prouver : les frégates peuvent dormir avec un seul hémisphère à la fois, ou avec les deux hémisphères simultanément. Concrètement, pendant que la moitié du cerveau plonge dans un sommeil lent profond, l’autre reste éveillée, connectée à l’œil qui surveille la direction du vol. Quand les oiseaux tournaient dans les courants ascendants, l’hémisphère relié à l’œil tourné vers la direction du virage restait typiquement éveillé pendant que l’autre dormait, ce qui suggère que l’animal continue littéralement de regarder où il va, même endormi à moitié.

Des micro-siestes de douze secondes, glissées dans les ascendances

Ce sommeil aérien n’a rien à voir avec une nuit classique. En moyenne, les frégates ne dorment que 42 minutes sur une période de 24 heures, en épisodes durant en moyenne 12 secondes, le plus long épisode ininterrompu ayant duré un peu moins de six minutes. Autant dire des clignements de paupières plutôt que de véritables phases de repos. Ces micro-siestes surviennent presque exclusivement pendant le vol plané, lorsque l’oiseau tourne en rond dans une ascendance thermique et n’a donc pas besoin de battre des ailes.

Plus surprenant encore : le sommeil ne se limite pas à la version « un demi-cerveau éveillé ». Les frégates ont aussi présenté un sommeil bihémisphérique, dans lequel les deux hémisphères du cerveau sont endormis en même temps, l’oiseau volant alors littéralement à l’aveugle, les deux yeux fermés. De quoi surprendre les chercheurs eux-mêmes, qui pensaient jusque-là que seul le sommeil unihémisphérique permettait de garder le contrôle aérodynamique en vol. Or, la présence de ce sommeil des deux côtés à la fois montre que ce mécanisme n’est pas une condition indispensable pour rester en l’air sans s’écraser.

Autre découverte inattendue : ces oiseaux connaissent également de temps en temps de brefs épisodes de sommeil paradoxal, de quelques secondes seulement. Ce fameux sommeil paradoxal, associé chez les mammifères aux rêves et à une perte quasi totale du tonus musculaire, se manifeste donc aussi chez un animal qui plane à plusieurs centaines de mètres d’altitude, ailes déployées. Comment la frégate évite-t-elle de perdre le contrôle durant ces quelques secondes reste, pour l’instant, encore largement à éclaircir.

Le grand rattrapage au retour sur terre

Le contraste devient presque comique une fois l’oiseau revenu à terre. Sur le sol, les animaux dormaient plus de 12 heures, avec des phases de sommeil plus longues (52 secondes en moyenne). De plus, plus profondes. La frégate rembourse littéralement sa dette de sommeil accumulée en mer, un peu à la manière d’un humain qui rattraperait une nuit blanche par une grasse matinée prolongée. Les animaux semblent rattraper le sommeil perdu, tout comme nous, humains.

Ce déficit chronique en vol n’est pourtant pas anodin. Les frégates ne dorment en vol que 0,69 heure par jour, soit 7,4 % du temps qu’elles consacrent au sommeil une fois posées, ce qui indique que les exigences écologiques d’attention dépassent largement ce que peut offrir un sommeil unihémisphérique. : rester vigilant face aux obstacles et aux opportunités de chasse coûte tellement cher en attention que l’oiseau préfère sacrifier son repos plutôt que sa sécurité. Un choix qui, chez n’importe quel mammifère, se solderait par un effondrement des capacités cognitives en quelques jours à peine.

C’est justement là que réside l’énigme qui passionne aujourd’hui les chercheurs en neurosciences du sommeil. Des études en laboratoire ont montré que des pigeons peuvent rester éveillés des semaines sans problème de santé apparent, contrairement aux rats qui meurent dans des conditions identiques, ce qui suggère que certains oiseaux échappent purement et simplement au syndrome de privation de sommeil qui frappe les mammifères. Comprendre pourquoi une frégate encaisse des semaines de sommeil fragmenté sans dommage apparent, là où quelques nuits blanches suffisent à dérégler la mémoire et l’humeur d’un être humain, pourrait bien redessiner ce que la science pense savoir sur les fonctions réelles du sommeil, et sur ce qui se passe vraiment quand notre propre cerveau ferme les yeux.

Sources : slate.fr | nature.com