Quand un boa constrictor enroule son ventre autour d’un rat qui se tortille, il est facile de se sentir désolé pour le rongeur bientôt sans vie, son l’approvisionnement en sang ainsi bloqué que son le cœur arrête de pomper.
Mais considérez aussi le sort du serpent. L’écrasement frisé d’un boa – qui peut exercer des pressions de jusqu’à 25 livres par pouce carré– ne fait pas qu’écraser la vie de sa proie. Il comprime également le prédateur, en exerçant une pression épique sur les parties du corps qui abritent le cœur du serpent et les parties supérieures de ses poumons et de son intestin, parfois jusqu’à 45 minutes à la fois.
”Tout le tiers avant du corps est impliqué », ce qui n’est pas du tout amusant pour les organes à l’intérieur, explique John Capano, qui étudie les reptiles à l’Université Brown. Contraindre d’autres animaux à mort, c’est comme essayer de gagner un match de lutte tout en étant attaché à un corset — une recette, semble-t-il, pour l’autoasphyxie. Mais les boas réussissent en quelque sorte l’exploit, puis avalent leur proie ensemble, fumant leurs poitrines de l’extérieur, puis de l’intérieur, respirant facilement tout le temps. Capano a une façon particulière de décrire ce curieux phénomène, qui a mystifié les aficionados des serpents depuis des années: « Comment une cage thoracique tue-t-elle une autre cage thoracique sans se blesser ?”
La clé, lui et ses collègues l’ont trouver, est un contrôle précis. Les Boas sont essentiellement des accordéons d’os: Ils ont des centaines de paires de côtes, s’étendant sur presque toute la longueur de leur corps. Et ils peuvent “choisir n’importe quel couple de côtes”, m’a dit Capano, “et simplement les utiliser. »Les os en forme de doigt s’évasent en grappes isolées, obligeant seulement les morceaux de poumon directement en dessous à gonfler — en ajustant en effet les sections de l’organe que le serpent utilise pour inhaler. Une telle manœuvre permet aux boas de détourner l’activité de respiration loin des parties du corps qui contractent ou digèrent les proies, et vers les morceaux non encombrés qui sont libres de se dilater, ce qui permet à la cage thoracique d’écraser simultanément le dîner et de gonfler le poumon. Ces actes sont normalement “en contradiction les uns avec les autres”, explique Jennifer Rieser, qui utilise la biophysique pour étudier les mouvements des serpents à l’Université Emory. Mais le boa constrictor — et son souffle – trouve un moyen de passer.
L’idée de la respiration localisée n’est pas totalement nouvelle. Au fil des ans, plusieurs biologistes en étaient venus à soupçonner que les boas et leurs parents pourraient éviter l’étouffement en bougeant leur souffle tout autour. Ce serait un défi de taille pour la plupart des animaux, mais pas pour les serpents: le poumon d’un boa, par exemple, court 30 pour cent de sa longueur totale du corps, créant beaucoup d’espace pour que l’air soit aspiré et expulsé. (Techniquement, c’est juste le poumon droit; le poumon gauche est ratatiné et presque inexistant, un nœud non fonctionnel.) Avant même que Capano ne commence ses propres expériences, il avait acquis un sens intuitif de la localisation des poumons, simplement en observant et en tenant des tonnes de serpents. Il pourrait sentir leurs corps se gonflaient et se dégonflaient par sections, tandis que d’autres morceaux restaient immobiles; il se souvient même d’un cas où l’un de ses boas commençait à respirer avec deux régions de son corps à la fois, arrêtant l’étirement entre les deux. Mais ses observations, et d’autres comme elles, avaient toutes été occasionnelles. Personne n’avait réussi à regarder à l’intérieur des serpents pour comprendre le comment et le pourquoi de leurs pitreries d’aspiration.
Pour ce faire, Capano assembla une petite cavalerie de boas, et simula l’acte de constriction en ajustant les serpents avec des manchettes de pression artérielle et en les gonflant. Pour déterminer ce qui se passait en dessous, il a dû mesurer le mouvement des côtes des serpents — “le proxy le plus évident pour comprendre si une ventilation se produit” dans le poumon à l’intérieur, a-t-il déclaré. Il a donc utilisé une combinaison de vidéos à rayons X et de tomodensitogrammes, mélangeant les images pour modéliser le déplacement des os en temps réel. Talia Moore, experte en biomécanique et chercheuse sur les serpents à l’Université du Michigan, m’a dit que le travail de Capano, auquel elle n’a pas participé, comprend certaines des expériences biomécaniques les plus “intelligentes de ces dernières années. »Grâce au brassard de pression artérielle, personne n’a dû attendre que les serpents tombent sur un repas suffisamment copieux.
Lorsque les poignets étaient dégonflés, les serpents ne respiraient qu’avec la partie de leur poumon la plus proche de la tête. Cette partie de l’organe nous semble la plus reconnaissable: Elle est lacée de vaisseaux sanguins, prête à absorber l’oxygène de tout ce que l’air extérieur traverse. La partie arrière du poumon, quant à elle, manque totalement de vascularisation, ressemblant à “un ballon sans rien dedans”, a déclaré Capano. Ce morceau reste en sommeil lorsque le serpent se refroidit.
Mais lorsque Capano a gonflé le brassard autour des côtes entourant la moitié supérieure du poumon, imitant la pression de constriction, les priorités anatomiques du serpent ont changé. ”Les côtes à l’avant du corps où nous avons appliqué le brassard de pression artérielle tout droit ont cessé de bouger », a déclaré Capano. Seules les côtes derrière le brassard se sont évasées, arrachant la partie inférieure du poumon ouverte. Capano compare le mouvement à un soufflet aspirant l’air à travers sa buse. Il n’y a pas d’autre moyen, m’a-t-il dit, de faire entrer de l’air et de le pousser au-delà des compartiments riches en sang du poumon supérieur lorsque l’extrémité avant du serpent est compromise par la nourriture avant et après la déglutition. Le motif s’est inversé lorsque Capano a déplacé le brassard vers le bas, resserrant les côtes entourant les parties inférieures du poumon à la place — probablement ce qui se passerait lorsque le repas du serpent traverserait le tube digestif et libérerait à nouveau le haut du corps.
Ce finagling soigneux des côtes est si habile, si précis, que les serpents sont capables de se comporter presque “comme s’ils avaient plusieurs cages thoraciques”, explique Beth Brainerd, qui a supervisé les recherches de Capano à Brown. Le contrôle des serpents sur leurs os est également volontaire: Chaque côte est manipulée par un muscle individuel, comme la corde attachée à une touche de piano; l’animal ne peut bouger que quelques unités à la fois. ”C’est une solution assez géniale » aux exigences de la constriction et de l’inhalation, explique Rita Mehta, experte en biomécanique à l’UC Santa Cruz, qui a étudié la constriction des serpents mais n’a pas participé aux travaux de Capano et Brainerd.
Les serpents sont probablement mieux connus pour les morceaux d’anatomie qui leur manquent — bras, jambes, tous les morceaux fléchés qui aident les autres animaux à courir, à saisir et à naviguer dans leur monde. Mais peut-être que cela fait ce que les reptiles peuvent faire avec les parties du corps qu’ils avoir, et à quel point leurs côtes sont devenues polyvalentes, d’autant plus remarquables, m’a dit Moore. La respiration section par section a peut-être même permis aux espèces de serpents de s’attaquer à des proies plus grosses et plus fortes. Au fil des millénaires, la constriction et la respiration ne sont pas devenues des ennemis, mais des partenaires qui se sont associés, transformant ce qui a commencé comme un paradoxe physiologique en un avantage évolutif majeur.