Des sacs aériens chez les ptérosaures (9/3/2009)

Claessens L.P.A.M., O'Connor P.M. and Unwin D.M., 2009. Respiratory evolution facilitated the origin of pterosaur flight and aerial gigantism. PLoS ONE 4(2) (article et informations supplémentaires)

Les ptérosaures forment un groupe d'Archosaures cousins des dinosaures. Comme eux, ils sont apparus au Trias et ont connu le succès durant 150 Ma. Ce sont les premiers vertébrés à conquérir le milieu aérien grâce au vol battu. Après une rapide diversification au Trias supérieur, ils ont conquis les écosystèmes marins et continentaux. Ils sont caractérisés par des os creux à la fois légers et résistants, et par une importante modification de leurs membres supérieurs dont le 4ème doigt s'allonge et soutient en grande partie la membrane de peau constituant l'aile. Leur système respiratoire n'avait été que peu étudié jusqu'à présent. On peut cependant penser qu'il était assez efficace pour soutenir le métabolisme d'un animal capable d'un vol actif, très gourmand en énergie.

L'étude de Claessens et al. démontre que la cage thoracique des ptérosaures n'était pas aussi rigide que ce que l'on pensait; la partie dorsale restait immobile, mais la musculature des côtes sternales, les gastralia et le prépubis contribuaient au fonctionnement d'une pompe respiratoire complexe et efficace. Comme les oiseaux et les saurischiens (voir notamment Aerosteon), les ptérosaures possédaient des sacs aériens; cela signifie que l'épithélium pulmonaire envahit certaines parties du squelette post-crânien en laissant des ouvertures et des cavités distinctes dans les os, agrandissant la surface dévolue aux échanges respiratoires. La pneumatisation de la colonne vertébrale était répandue chez les ptérosaures, mais à des degrés variables. Restreinte aux vertèbres dorsales chez les taxons plus anciens, elle s'étend aux vertèbres cervicales et sacrées, ainsi qu'à l'ilion et au pubis chez les espèces dérivées. Chez les espèces les plus grandes et les plus dérivées (Ornithocheiroides et Azhdarchoides), les diverticules des sacs aériens envahissent même leurs membres supérieurs. Cependant, le fait que les foramens pneumatiques occupent des positions différentes indique que la pneumatisation des membres supérieurs a évolué de manière indépendante dans ces deux derniers groupes.

Les os creux des ptérosaures n'étaient donc pas qu'un "simple" allègement du squelette pour diminuer les dépenses en énergie de l'animal, mais abritaient en sus une partie de son système respiratoire. Les ptérosaures géants possédaient aussi un réseau de diverticules sous-cutanés dans leurs ailes. En plus de la réduction de densité, ces diverticules permettaient peut-être aussi une meilleure thermorégulation et modifiaient les propriétés biomécaniques des ailes.

La respiration chez les ptérosaures était donc analogue à celles des oiseaux, un système efficace qui permet de fournir en grandes quantités de l'oxygène aux muscles permettant le vol. La conformation de leur cage thoracique leur conférait un grand contrôle sur les gradients de pression dans leur système pulmonaire, un trait qui permet aux oiseaux actuels de générer les flux d'air dans leurs poumons.

Vertèbres et os des membres supérieurs d'Anhanguera santanae, ptérosaure du Crétacé inférieur du Brésil. Les flèches indiquent les ouvertures pneumatiques. (Figure issue de Claessens et al., 2009)