La respiration chez les oiseaux et les insectes

VINGT-TROIS mille fois par jour! Vous en êtes à peine conscient, mais c’est là le nombre de vos mouvements respiratoires. Votre système respiratoire est si bien conçu et fonctionne si efficacement qu’en ce moment même, vous remarquez à peine que vous respirez.

À l’évidence, si vous étiez au sommet d’une montagne, où l’air se raréfie, votre respiration serait plus difficile. De même, si vous nagiez sous l’eau pendant un moment, vous auriez très rapidement conscience du besoin de respirer. Pourtant, les oiseaux peuvent voler à haute altitude sans avoir aucun problème. Il y a aussi certains insectes qui, bien qu’ayant besoin de l’oxygène de l’atmosphère, peuvent respirer sous l’eau. Un examen des systèmes respiratoires des oiseaux et des insectes révèle une intelligence et une conception vraiment remarquables.

La respiration chez les oiseaux

Quiconque a voyagé en avion sait que pour voler, il faut tenir compte de deux facteurs importants: un fuselage léger et une grande quantité de carburant. La conception de l’appareil respiratoire des oiseaux tient compte de ces deux besoins.

Une grande activité consume très rapidement l’oxygène. Un homme compense ce manque d’oxygène en respirant plus profondément et plus vite. Cependant, à haute altitude, il doit ralentir et se reposer fréquemment pour permettre à son organisme de rétablir une concentration normale d’oxygène dans le sang. Imaginez un oiseau qui serait victime du même phénomène en vol! Heureusement, son appareil respiratoire lui épargne ces ennuis, si bien que même à six mille mètres d’altitude, il n’éprouve aucune difficulté. Ses yeux ne font pas saillie, sa face ne pâlit pas et il n’est même pas essoufflé. À quoi cela est-​il dû?

L’appareil respiratoire d’un oiseau est conçu pour absorber l’oxygène beaucoup plus efficacement. Les poumons humains sont des sacs ou soufflets qui se remplissent puis se vident. Ce n’est pas le cas des poumons des oiseaux qui sont uniques en leur genre. L’air pénètre normalement dans les poumons par l’extrémité antérieure. Mais ensuite il les traverse et s’en va dans des sacs aériens aux parois minces, sacs situés dans la poitrine et la cavité abdominale (voir le schéma). En 1758, un nommé John Hunter découvrit quelque chose de vraiment curieux. Un oiseau dont la trachée était bouchée, mais qui avait une aile cassée, pouvait encore respirer. Comment était-​ce possible?

Les os des oiseaux ne contiennent pas de moelle, mais ils sont creux et renferment de l’air. Les cavités médullaires remplies d’air sont reliées aux sacs aériens qui sont eux-​mêmes rattachés aux poumons. C’est pourquoi, lorsque la trachée de l’oiseau était bouchée, l’air allait vers les poumons et en revenait grâce à l’os brisé et creux (os pneumatique) de l’aile. Quel moyen astucieux de résoudre en même temps le problème du poids et celui du carburant, les réservoirs de carburant étant répartis dans l’ossature! Mais qu’en est-​il du stockage du carburant?

La quantité est minime. L’oiseau prend du carburant, de l’oxygène, en vol. L’air qui circule dans tous ces sacs et ces cavités vient au contact d’une zone de tissus étendue, ce qui permet une grande absorption d’oxygène avant l’expiration. Le vol à haute altitude réclame une grande quantité d’énergie et le carburant doit être employé le plus efficacement possible. Aussi l’appareil respiratoire est équipé d’un système d’écoulement à contre-courant qui permet à l’oiseau de prélever l’oxygène de l’air rapidement et avec efficacité.

Dans les poumons d’un oiseau, l’air et le sang se rapprochent l’un de l’autre en venant de directions opposées. Tandis que l’air passe par les poumons, il transmet de plus en plus d’oxygène au sang et le sang, de son côté, peut prélever de plus en plus d’oxygène. En d’autres termes, le sang veineux “altéré” atteint d’abord un air qui ne contient plus qu’une très faible quantité d’oxygène. Ce sang “altéré” absorbe cet oxygène puis passe à l’air plus “humide” qui, lui, contient davantage d’oxygène. À ce moment, le sang n’est plus aussi “altéré” et il prélève de moins en moins d’oxygène. Le résultat final de ce remarquable processus est une extraction très efficace de l’oxygène de l’air. C’est précisément ce dont l’oiseau a besoin pour voler à haute altitude.

La respiration chez les insectes

Avez-​vous déjà songé aux possibilités qu’aurait une fourmi de la taille d’un éléphant? Imaginez quelle serait sa puissance. Une fourmi peut porter le double de son poids. Et si petit que soit un insecte (le plus grand, la saturnie ou paon-de-nuit, a de 25 à 30 centimètres d’envergure), il a un appétit énorme. Aux États-Unis, dans le Dakota du Nord, les sauterelles ont causé pour plus de dix millions de francs français de dégâts aux cultures et aux pâturages rien qu’en un an. Quels auraient été les dégâts si les sauterelles avaient la taille d’un cheval?

Mais il n’y a pas là matière à s’inquiéter. L’appareil respiratoire de l’insecte le maintient à sa place, à une taille raisonnable. Selon la revue Scientific American, l’appareil respiratoire de l’insecte, “un raffinement de technique biologique à peine croyable”, possède un système incorporé qui limite la taille. En outre, de même que l’appareil respiratoire de l’oiseau est idéal pour le vol, celui de l’insecte est idéal pour son mode de vie. Voyons comment.

Les insectes sont de véritables usines d’énergie. Pour leur taille, ils accomplissent en effet des tâches herculéennes. Aussi ont-​ils un grand besoin d’oxygène et pourtant ils n’ont pas de poumons. Il n’empêche qu’il est douteux que vous rencontriez jamais un insecte essoufflé. Pourquoi? Parce que leur appareil respiratoire est conçu pour faire face à une demande illimitée.

Pendant le stade embryonnaire, la peau d’un insecte s’invagine en de nombreux endroits pour former des trachées qui débouchent vers l’extérieur. Ces trachées s’enfoncent dans le corps de l’insecte et se ramifient de nombreuses fois tout en diminuant de diamètre. Finalement un ou plusieurs de ces tubes (trachéoles) aboutissent à chaque cellule. Ainsi, chaque cellule a un conduit qui la relie directement à l’air ambiant. Cela signifie que l’oxygène est immédiatement disponible sans avoir à passer par l’appareil circulatoire. C’est exactement ce dont l’insecte a besoin pour poursuivre son activité fébrile.

Le problème avec un système de trachée comme appareil respiratoire, c’est qu’il faut un double écoulement, l’oxygène entrant et le gaz carbonique sortant. Les trachées apportent l’oxygène, mais que devient le gaz carbonique? Contrairement à l’oxygène, le gaz carbonique se diffuse à travers les tissus. Il n’essaie donc pas de sortir par les trachées. Au contraire, il quitte le corps de l’insecte par la peau.

Bien qu’elles dépendent de l’atmosphère qui leur fournit de l’oxygène, certaines larves d’insectes vivent sous l’eau. Comment respirent-​elles? Certaines envoient hors de l’eau un ou deux “schnorkels” parfois munis d’une valve au cas où l’eau menacerait d’entrer dans le tube. D’autres vivent dans une “cloche de plongée”, c’est-à-dire une bulle d’air. Naturellement, quand l’oxygène est consommé, il doit être renouvelé. Pendant longtemps, les chercheurs se sont demandé comment l’insecte pouvait rester sous l’eau longtemps après que l’oxygène de la bulle devait être épuisé. Que se passe-​t-​il?

C’est ici qu’intervient le processus de la diffusion. Quand la pression de l’oxygène de la bulle devient plus faible que la pression de l’oxygène de l’eau qui l’entoure, l’oxygène de l’eau pénètre dans la bulle (pour mémoire une molécule d’eau comporte deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène). “Mais pourquoi la bulle ne s’effondre-​t-​elle pas?”, demanderez-​vous peut-être. Parce qu’il y a de l’azote dans l’air de la bulle et qu’il ne se répand pas dans l’eau, mais préfère rester dans la “cloche”. Ainsi, alors que la larve elle-​même n’a pas besoin d’azote, ce corps est indispensable au bon fonctionnement du système qui la maintient en vie.

Sans aucun doute, après un regard porté sur les appareils respiratoires des oiseaux et des insectes, vous conviendrez qu’ils reflètent une intelligence et une conception vraiment remarquables. Trouvez-​vous qu’il est facile de croire qu’un hasard aveugle ou que les oiseaux et les insectes aient développé par eux-​mêmes ces appareils respiratoires qui dépendent tant de principes scientifiques? Ou bien arrivez-​vous aux mêmes conclusions que le célèbre inventeur Thomas Edison qui a dit: “Après des années passées à étudier les processus de la nature, je ne puis douter de l’existence d’une Intelligence suprême.”

Appareil respiratoire d’un oiseau.

Trachée

2 poumons

Sacs aériens

Comment fonctionne l’appareil respiratoire d’un insecte

Absence de poumons

Trachée

Cellules