Comment les éléphants ont-ils développé un tel cerveau? Le changement climatique fait partie de la réponse

Comment les éléphants ont-ils développé un tel cerveau? Le changement climatique fait partie de la réponse

Les éléphants ont longtemps captivé notre attention, en partie à cause de leur taille et de leur majesté. Mais nous sommes aussi frappés par leur comportement complexe. À certains égards, nous sommes fascinés par ce comportement qui fait écho à nos sentiments les plus humains. Par exemple, des éléphants ont été observés à plusieurs reprises en utilisant des outils et affliger leurs morts.

Leur histoire évolutive est également intéressante. Cela correspond aux humains de plusieurs façons. Ancêtres des éléphants origine en Afrique, tout comme la nôtre. Leurs descendants, parmi eux des mammouths, ont quitté l'Afrique pour habiter d'autres continents. Et au cours de ce processus, ils ont développé le plus gros cerveau de tous les animaux terrestres. Il pèse autour de 5kg, tandis que nos propres cerveaux peser 1.4kg.

Mais qu'est-ce qui a motivé cet élément particulier de l'évolution des éléphants? Même si les archives fossiles d'ancêtres d'éléphants sont riches - avec presque les espèces 300 décrites - Nous ne connaissons tout simplement pas la réponse depuis longtemps. De la première espèce à petit cerveau aux éléphants modernes à gros cerveau, il y avait une presque 30 millions de ans écart dans nos connaissances.

Maintenant, grâce aux techniques de balayage de pointe et à la reconstruction statistique de pointe des caractéristiques ancestrales, nous avons la solution. Une équipe de scientifiques d’Afrique du Sud, d’Europe et d’Amérique du Nord - y compris nous-mêmes - a passé six ans à reconstruire le premier chronogramme précis de l’évolution du cerveau dans la lignée des éléphants. Les résultats de cette collaboration internationale ont été publiés dans Scientific Reports.

Et la réponse à cette question de longue date? Le changement climatique en est une grande partie. Un changement de climat, ainsi que d'autres perturbations environnementales et l'invasion de concurrents et de nouveaux prédateurs ont probablement tous joué un rôle important dans la reconfiguration du cerveau des anciens éléphants. Sachant cela ne résout pas seulement un mystère scientifique de longue date. Cela signifie également que nous avons un moyen de comprendre comment les espèces modernes pourraient s’adapter à la crise climatique actuelle.

Changements liés au climat

Notre enquête a révélé que la taille du cerveau chez les éléphants ancestraux augmentait lors de deux impulsions, environ 26 et 20, il y a un million d'années. Le quotient d'encéphalisation (mesure de la taille relative du cerveau corrigée en fonction de la taille du corps) a doublé à chaque impulsion. Cela a transformé le petit cerveau des premiers membres de la famille des éléphants en un grand cerveau comparable à celui des espèces modernes.

De manière notable, ces deux impulsions de croissance de la taille du cerveau correspondent à des périodes de perturbations environnementales importantes en Afrique. Il y a quelques 26 millions d'années, L'Antarctique était gelé pour la première fois, ce qui a provoqué une aridification globale du climat. Les forêts tropicales denses d'Afrique ont été transformées en savanes et en déserts.

Le climat alors changé à nouveau environ 20 il y a un million d’années pour revenir à un environnement africain plus chaud et plus humide. L'instabilité climatique a été complétée par l'apparition d'un pont terrestre entre l'Asie et l'Afrique.

Avant 20 il y a un million d'années, l'Afrique était en effet un continent isolé. Mais à cause de la dérive des continents, il a fini par entrer en collision avec le Levant (la région englobant la Palestine, Israël, le Liban, la Syrie, la Jordanie et l'Irak modernes), permettant l'invasion d'herbivores rivaux et de nouveaux prédateurs d'Asie. La faune envahissante comprenait les ancêtres du lion, du zèbre, du rhinocéros, de l'hippopotame et des antilopes des temps modernes. Les grands singes n'existaient pas encore. Certaines grandes espèces ont disparu au cours de cette période; le plus célèbre est Arsinoitherium, un parent d'éléphants ressemblant à un rhinocéros.

Les éléphants ancestraux ont dû s'adapter ou s'éteindre. À cette époque, il s’agissait encore d’animaux relativement petits, de la taille d’un tapir, avec seulement un tronc court. Nous émettons l'hypothèse qu'un cerveau plus gros permettait plus de flexibilité comportementale: être plus exploratoire, migrer pour chercher de la nourriture, faire face à une plus grande variété de régimes (feuilles, fruits, herbe) et se souvenir de l'emplacement des points d'eau lointains pendant les périodes sèches , par exemple. Un cerveau plus gros peut les avoir aidés à déjouer leurs concurrents et à éviter les prédateurs.

La taille du corps et du cerveau

Les éléphants ont également été aidés par le fait qu’ils sont devenus si gros. Être grand ouvre un nouveau monde d'avantages: il dissuade les prédateurs et lorsque les ressources alimentaires et l'eau sont rares, un grand corps peut stocker plus de graisse et d'eau et un intestin plus gros peut digérer les aliments plus efficacement.

Nous avons constaté que la taille du cerveau co-évoluait étroitement avec la taille du corps dans la lignée éléphantine. Cela suggère que l'évolution d'un grand corps n'est pas complètement indépendante d'un grand cerveau. Le grand cerveau de l'éléphant a probablement évolué, non seulement pour plus de souplesse comportementale, mais également de pair avec son grand corps. Ceci est un récit édifiant sur l'interprétation de la taille du cerveau uniquement à la lumière des besoins conjecturaux appliqués rétrospectivement pour une plus grande intelligence.

En termes simples, quand il est constaté que la taille du cerveau d’une lignée donnée a augmenté, les gens en arrivent à la conclusion que c’est parce que la lignée a besoin d’être plus intelligente pour survivre. Mais il ne faut pas oublier que la taille du cerveau est corrélée à de nombreuses autres variables: la taille du corps en est un exemple. La durée de la gestation en est une autre (plus de temps passé dans l’utérus équivaut à un plus gros cerveau). Généralement, les gens pensent que ce sont les effets secondaires d'un cerveau plus gros, mais que se passerait-il si un cerveau plus grand était en réalité l'effet secondaire d'une masse corporelle plus importante? Et si la sélection naturelle agissait uniquement sur la taille du corps et que la taille du cerveau n'était qu'un passager?

Les réponses à ces questions sont toujours en attente. Mais au fur et à mesure que nos travaux progressent, la situation s’éclaircit. Grâce à nos recherches, il est maintenant évident que les perturbations environnementales, y compris les changements climatiques, et l'invasion de concurrents et de nouveaux prédateurs, ont joué un rôle important dans la refonte du cerveau des éléphants ancestraux et de leur comportement.La Conversation

À propos des auteurs

Julien Benoit, postdoc en paléontologie des vertébrés, Université de Witwatersrand et Paul Manger, professeur de neurobiologie comparée et évolutive, Université de Witwatersrand

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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