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Langues diverses et variées

/// Depuis qu'elle a évolué pour la première fois il y a 350 millions d'années, la langue a pris d'innombrables formes pour de nouvelles possibilités et augmentant la diversité de la vie. /// Crédit photo : S&T / FreePik

Langues diverses et variées

Depuis qu’elle a évolué pour la première fois il y a 350 millions d’années, la langue a pris d’innombrables formes pour de nouvelles possibilités, tout en augmentant la diversité des richesses de la vie
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// Langue ultraviolette du lézard australien, appelé "Le scinque à langue bleue", lui permet de repousser ses prédateurs ou d'attraper des insectes en créant une confusion. /// Crédit Photo : FreePik
Un groupe de chercheurs s’intéresse à un organe souvent négligé, la langue.

Nous accordons rarement de l’importance à la souplesse nécessaire à notre propre langue pour articuler des mots et éviter les morsures tout en facilitant la dégustation et la déglutition des aliments. Cependant, cette polyvalence linguale est une caractéristique primordiale à travers le règne animal. Sans une langue fonctionnelle, il serait difficile, voire impossible, pour la plupart, voire la totalité, des vertébrés terrestres d’exister. Les premiers ancêtres à émerger de l’eau il y a environ 400 millions d’années ont découvert une multitude de nouveaux types d’aliments, mais l’acquisition d’une langue était nécessaire pour les évaluer. Au fur et à mesure que les langues se sont diversifiées et spécialisées, la gamme d’aliments disponible pour ces pionniers s’est considérablement élargie, et ces organes ont éventuellement assumé des fonctions au-delà de l’alimentation.

Une biologiste évolutionniste de l’Université du Connecticut, souligne la remarquable diversité de forme des langues chez les vertébrés, illustrée par des exemples frappants d’adaptation. Les salamandres qui déploient des langues collantes plus longues que leur corps pour capturer des insectes, les serpents qui “sentent” leur environnement avec leurs langues fourchues, les colibris qui aspirent le nectar des fleurs, et les chauves-souris qui cliquettent avec leur langue pour s’écholocaliser, sont autant de démonstrations de la façon dont les langues ont permis aux vertébrés d’explorer et d’exploiter chaque niche terrestre. Chez les humains, les fonctions de la langue sont encore plus variées. Jessica Mark Welch, écologiste microbienne à l’Institut Forsyth, exprime son émerveillement devant la multitude de fonctions accomplies par la langue humaine, depuis manger et parler jusqu’à embrasser. Cette diversité fonctionnelle a stimulé le développement de la capacité cérébrale, favorisant ainsi non seulement l’habileté à lancer des passes de touché, mais peut-être également la capacité à penser rapidement.

La neuroscientifique Ian Whishaw de l’Université de Lethbridge, suggère que l’idée selon laquelle la capacité à atteindre avec la langue peut refléter la capacité à atteindre avec les mains et les pensées est un concept intuitif, comme le suggèrent des expressions courantes telles que “sur le bout de la langue”, “lapsus linguae” et “se mordre la langue”. Cependant, malgré la reconnaissance de l’importance de la langue dans notre évolution cognitive, l’origine de cet organe reste l’un des plus grands mystères de notre histoire évolutive. Les langues, en tant que tissus mous, sont rarement préservées dans les fossiles, et leur observation directe est difficile en raison de leur emplacement à l’intérieur de la bouche. Néanmoins, les progrès technologiques récents ont commencé à révéler les langues en action dans différents groupes d’animaux, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives sur leur évolution et leur diversification. Kory Evans, biologiste évolutionniste à l’Université Rice, affirme que plus nous en apprenons sur les langues, plus nous sommes convaincus de leur caractère fascinant et essentiel.

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/// Comme certains autres reptiles et de nombreux amphibiens, ce caméléon panthère (Furcifer pardalis) projette sa langue pour attraper sa proie. /// Crédit photo : S&T - FreePik

Définir précisément ce qu’est une langue s’avère être une tâche complexe. Bien que des structures similaires à des langues soient présentes chez pratiquement tous les vertébrés, des lampreys aux mammifères, il n’existe pas de définition claire de ce qui constitue une “vraie langue”, selon Daniel Schwarz, biologiste évolutionniste au Musée d’Histoire Naturelle de l’État de Stuttgart. Les langues sont généralement considérées comme des organes musculaires souples et flexibles, comme c’est le cas chez les humains. La langue humaine est un hydrostat musculaire, similaire à un ballon d’eau, qui maintient un volume global constant tout en changeant de forme. Par exemple, lorsque Patrick Mahomes protrude sa langue, elle devient globalement plus mince que lorsqu’elle est repliée dans sa bouche ; il en va de même pour la langue violette d’une girafe lorsqu’elle s’étire sur 46 centimètres pour saisir des feuilles sur une branche épineuse.

Certains cas sont plus ambigus dans le règne animal. Chez certains poissons tels que les vairons, les carpes et les poissons-chats, l’organe palatal peut également être constitué de muscles, bien que les biologistes ne soient pas unanimes quant à sa qualification en tant que langue. Patricia Hernandez, morphologiste fonctionnelle à l’Université George Washington, souligne que cet organe est situé dans la partie supérieure de la bouche au lieu d’être au fond comme une langue traditionnelle. De plus, malgré plusieurs hypothèses, la fonction exacte de cet organe chez les poissons reste inconnue.

Cette diversité de structures linguales reflète les différentes exigences fonctionnelles des espèces animales. Par exemple, les poissons n’ont pas besoin de langues musculaires comme les nôtres pour avaler leur nourriture, car ils utilisent principalement l’aspiration pour capturer leurs proies. Cependant, lorsque les premiers vertébrés ont émergé sur la terre ferme, ils ont dû trouver une nouvelle méthode pour ingérer leurs proies, car l’aspiration devenait inefficace en dehors de l’eau.

Le biologiste Kurt Schwenk, spécialiste des langues animales, les premiers vertébrés terrestres ont probablement développé une structure linguale primitive à partir des os et des muscles associés aux arcs branchiaux, qui étaient utilisés pour l’aspiration sous-marine chez les poissons. Au fil de l’évolution, cette structure a évolué pour devenir un organe plus sophistiqué capable de manipuler et de saisir les proies avec plus de précision, ce qui reflète l’adaptation des espèces à leur environnement terrestre.

L’apparition de la langue 
Il y a environ 350 millions d’années, l’émergence de la langue a joué un rôle essentiel en permettant aux vertébrés de quitter les océans et de s’installer sur la terre ferme, en leur offrant la capacité d’ingérer des aliments sans avoir recours à l’aspiration. Les structures squelettiques autrefois utilisées pour ouvrir les branchies ont progressivement évolué pour devenir les os nécessaires au soutien et à la mobilité de la langue.
Les premiers poissons

En ouvrant et en fermant leurs branchies et leurs gorges, les poissons créent des courants d’eau pour aspirer et avaler leur nourriture.

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Explorations terrestres 

En l’absence de langues, les premiers tétrapodes devaient retourner à l’eau pour avaler les proies capturées sur terre.

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La vie sur terre 

Avec l’évolution des langues chez les animaux, ces derniers ont pu mener une vie entièrement sur terre et exploiter de nouveaux types d’aliments.

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Les structures osseuses

Les poissons possèdent une série d’os courbés connus sous le nom d’arcs branchiaux. L’os situé le plus près de la bouche est l’hyoïde ; les arcs branchiaux qui le suivent soutiennent les branchies.

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Les débuts

Au fil du temps, l’os hyoïde des premiers tétrapodes est devenu plus complexe, montrant peut-être les premières manifestations d’une langue. Certains arcs ont disparu à mesure que les poumons remplaçaient les branchies.

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Vers une transformation complète

Avec le squelette et la musculature nécessaires pour soutenir et actionner une langue protractile, les vertébrés terrestres sont enfin devenus habiles pour se nourrir sur terre.

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D’après des expériences menées avec des tritons, on pense qu’une protolangue est devenue fonctionnelle même avant la transition vers la terre ferme.

Comme d’autres salamandres, les tritons sont aquatiques lorsqu’ils sont jeunes mais surtout terrestres à l’âge adulte. Leur métamorphose, et le changement de stratégies alimentaires qui l’accompagne, pourrait être similaire aux transitions eau-terre qui ont eu lieu il y a des centaines de millions d’années. Et cela donne un indice sur la façon dont ces changements ont pu se dérouler.

L’équipe a découvert qu’avant que les tritons ne se transforment en adultes à part entière, ils développent une appendice ressemblant à une langue qui presse la nourriture contre des “dents” pointues et aiguës sur le palais de leur bouche. Cette découverte, rapportée par lui et ses collègues en 2020, suggère qu’une structure ressemblant à une langue a pu aider les premiers tétrapodes à se nourrir, même avant qu’ils ne grimpent sur la terre ferme.

Les exigences alimentaires ont peut-être incité l’émergence de la langue, mais la sélection naturelle l’a ensuite adaptée et affinée pour de nombreuses autres fonctions, créant parfois des systèmes “ridiculement spécialisés”, selon Schwenk. Par exemple, les salamandres à orteils palmés (Hydromantes) déploient une langue collante pour attraper des insectes ou d’autres petits arthropodes, projetant tout leur squelette de gorge par leur bouche. Ce mode d’alimentation impliquait la réadaptation des muscles de la gorge, avec un ensemble stockant une énergie élastique qui pouvait être libérée instantanément pour projeter la langue, et un autre ensemble rétractant la langue.

D’autres salamandres, au moins 7600 grenouilles et crapauds, ainsi que des caméléons et d’autres lézards, ont évolué indépendamment d’autres formes extrêmes de cette alimentation rapide et “balistique”. Les caméléons, par exemple, lancent leur langue à presque 5 mètres par seconde, attrapant des criquets en moins d’un dixième de seconde.

L’alimentation balistique nécessitait des adaptations de la surface de la langue et de la salive qui les recouvre. Une salive abondante et collante excrétée par des protubérances à peine visibles appelées papilles peut aider à rendre certaines langues de grenouilles si collantes qu’elles peuvent piéger des proies pesant 50% de plus qu’elles-mêmes, ont rapporté David Hu, chercheur en biomécanique au Georgia Institute of Technology, et ses collègues en 2017.

Les lézards cornus (Phrynosoma) utilisent des langues recouvertes de salive non seulement pour attraper des proies, mais aussi pour se protéger d’elles. Les fourmis qu’ils mangent sont de puissants mordants et particulièrement venimeuses, mais les lézards les avalent vivantes. En 2008, Schwenk et Wade Sherbrooke, ancien directeur de la Southwest Research Station de l’American Museum of Natural History, ont découvert que de longs filaments de mucus sécrétés par les papilles de la langue et de la gorge incapacitent les proies nocives. Plus récemment, Schwenk a découvert que chez les lézards cornus, les muscles qui constituent généralement les côtés de la langue ne sont attachés qu’à l’arrière. L’évolution a reconfiguré les parties libres des muscles en crêtes le long des côtés de la langue, peut-être pour créer une poche de mucus permettant de lier les fourmis avant de les avaler.

Alors que de nombreuses langues de grenouilles et de lézards se sont perfectionnées pour attraper des proies et les avaler, les langues de serpent ont évolué pour offrir un sens de l’odorat exquis, une adaptation qui permet aux serpents de détecter et de s’approcher de proies lointaines ou cachées. Les différences de concentration d’un odorant détecté par chaque pointe de la langue fourchue d’un serpent aident ce dernier à se diriger vers des proies qu’il ne peut pas voir. Malgré l’apparence stéréotypée du balancement de la langue, celle-ci est en réalité très malléable. Les serpents qui traquent leurs proies dans l’eau et dans l’air, comme le serpent d’eau du Nord (Nerodia sipedon), modifient les mouvements de leur langue en fonction que leur tête soit sous l’eau, à la surface ou dans l’air, ont rapporté Schwenk et son ancien étudiant diplômé William Ryerson l’année dernière dans Integrative and Comparative Biology. Ils semblent ajuster le modèle de balancement pour optimiser la collecte de molécules odorantes dans différentes conditions. Après avoir étudié la morphologie, la physiologie et les mouvements de langue de dizaines d’espèces de reptiles, Schwenk est impressionné par ce qu’ils révèlent sur le mode de vie d’un animal.

“Si vous me tirez la langue, je peux vous dire énormément de choses sur vous”

L’évolution de la langue a permis aux reptiles et aux amphibiens de capturer des proies animales, mais chez les oiseaux, certaines des adaptations linguales les plus extravagantes reflètent un goût pour les plantes. La plupart des langues aviaires sont une mince lame de kératine (pensez aux ongles) ou d’os, avec peu de muscle ou d’autres tissus vivants. Ils “ne sont qu’un tapis roulant pour déplacer la nourriture de l’avant vers l’arrière”, dit Schwenk. Mais il y a des exceptions, notamment chez les colibris et d’autres oiseaux se nourrissant de nectar. “La langue est probablement le composant le plus vital pour l’alimentation au nectar chez les oiseaux”, déclare David Cuban, un étudiant diplômé de l’Université de Washington (UW) qui travaille avec l’écophysiologiste comportemental Alejandro Rico-Guevara.

Le nectar est riche en énergie et facile à trouver. Mais chaque fleur ne propose qu’une goutte ou deux, souvent nichée dans une fleur longue et étroite. Beaucoup de colibris, souimangas et autres groupes d’oiseaux non apparentés se débrouillent avec ces contraintes en étant petits – généralement moins de 20 grammes – et en ayant de longs becs minces et des langues hautement spécialisées.

Les chercheurs supposent qu’autrefois, ces oiseaux comptaient sur l’action capillaire – la tendance d’un liquide à monter dans un tube étroit – pour ingérer le nectar. Et certains le font, y compris le méliphage bariolé (Certhionyx variegatus), ont découvert Amanda Hewes, l’étudiante de Rico-Guevara, et ses collaborateurs. Dans cette espèce, la langue a une extrémité en forme de pinceau pour ramasser le nectar, qui est ensuite aspiré le long des rainures qui parcourent la longueur de la langue.

Mais pour les colibris, qui font vibrer leur langue 15 fois par seconde alors qu’ils vident chaque fleur et passent rapidement à la suivante, l’action capillaire n’est tout simplement pas assez rapide, dit Rico-Guevara. Son équipe a capturé des vidéos haute vitesse alors que des colibris d’Anna (Calypte anna), des jacobeaux à cou blanc (Florisuga mellivora), des colibris étincelants (Colibri coruscans), des coquettes festives (Lophornis chalybeus) et d’autres colibris visitaient des fleurs artificielles transparentes chargées de nectar artificiel. Les vidéos ont révélé que la langue du colibri fonctionne comme une petite pompe à nectar.

Deux rainures partent de l’extrémité jusqu’à environ la moitié, bordées de franges qui retiennent le liquide. Lorsque l’extrémité du bec flexible des oiseaux se ferme, elle presse le nectar des franges près de l’avant de la langue, poussant le liquide vers l’intérieur ; ensuite, le bec s’ouvre à la base pour aider à déplacer le nectar le reste du chemin dans la bouche, a rapporté l’équipe de Rico-Guevara le 3 avril dans le Journal of Experimental Biology.

Lui et ses collaborateurs se sont récemment intéressés à certains des oiseaux se nourrissant de nectar les plus étranges : les perroquets. Avec ses 30 centimètres de hauteur et 100 grammes, le loriquet arc-en-ciel surplombe la plupart des oiseaux nectarivores et est totalement incapable de rester en suspension dans les airs comme un colibri. Il a le bec typique court, robuste et crochu des perroquets et une langue musclée très similaire à la nôtre – toutes des caractéristiques qui rendent impossible d’aspirer le nectar des fleurs longues et minces. Mais Rico-Guevara et Cuban ont identifié des adaptations qui permettent à ces perroquets d’obtenir le précieux liquide.

Pour commencer, les oiseaux ciblent des fleurs plus plates et plus ouvertes. Et au lieu de rester en suspension, ils se posent sur une branche voisine et contorsionnent leur corps autour de la fleur. Ensuite, ils ouvrent leur bec et sortent leur langue, qui subit une transformation étonnante lorsqu’elle s’étend dans une fleur. L’extrémité de la langue dure et rugueuse s’ouvre en un cercle de fines protubérances, que Rico-Guevara a récemment découvertes. “Cela ressemble presque à une anémone”, dit-il. Ces protubérances fonctionnent comme les poils d’un pinceau pour absorber le nectar.

Dans une expérience, Rico-Guevara a mélangé la solution de nectar d’essai avec un composé de baryum, une version diluée de ce que les médecins donnent aux patients pour rechercher des obstructions dans le tractus digestif, puis a pris des films aux rayons X de l’alimentation des loriquets. Une fois que la pointe de la langue est saturée avec une grosse goutte de nectar, a-t-il découvert, l’oiseau la presse contre le haut de la bouche, faisant sortir le liquide. Ensuite, il ferme son bec, poussant le nectar vers la gorge, et répète le processus jusqu’à ce que tout le nectar soit ingéré. 

Ce n’est pas la seule façon dont les perroquets consomment le nectar. L’année dernière, Cuban a filmé l’alimentation chez les perroquets suspendus plus petits – ainsi nommés parce qu’ils dorment la tête en bas. Au lieu d’avoir une pointe de langue touffue comme celle du loriquet, ces perroquets ont une pointe de langue rainurée, et les vidéos de Cuban révèlent qu’ils vibrent très rapidement leur langue pour pomper de petites quantités de nectar vers l’œsophage et la gorge. En décrivant en détail comment ces oiseaux se nourrissent et en calculant l’énergie qu’ils dépensent dans le processus, Cuban, Hewes et Rico-Guevara espèrent apprendre comment leurs stratégies alimentaires ont pu façonner leur évolution – et celle des plantes dont ils se nourrissent. 

Depuis leur évolution il y a 22 millions d’années, les colibris ont influencé la quantité de nectar produite par leurs plantes partenaires et la profondeur de leurs fleurs, et cela a à son tour influencé la longueur de leurs becs, leur empressement à monopoliser les fleurs en chassant les concurrents, et d’autres traits. C’est une danse coévolutive entre les oiseaux et les fleurs – médiée par leurs langues. Chez les mammifères, en revanche, la langue montre toute sa polyvalence. La langue mammalienne a évolué en un réseau complexe de fibres musculaires capables de se déplacer de manière complexe même sans os, tendons ou articulations. Elle contribue à l’allaitement chez la plupart des espèces, aide à la thermorégulation chez certaines (pensez à un chien haletant) et assume des tâches encore plus spécialisées chez quelques-unes, telles que la production des sons utilisés pour l’écholocation chez les chauves-souris et la parole chez les humains. Et elle héberge les papilles gustatives qui aident à guider l’alimentation dans toutes ces espèces.

“Les langues de la plupart des mammifères accomplissent des exploits remarquables”

C’est vraiment un outil multifonctionnel, et il n’a reçu que moins d’attention parce qu’il est moins accessible que les appendices externes d’un animal. Le rôle le plus essentiel de la langue chez les mammifères est de positionner la nourriture pour qu’elle soit mâchée et avalée. Selon l’espèce, cela pourrait signifier déplacer la nourriture d’un côté à l’autre à chaque bouchée ou la confiner à un seul côté, tandis que la langue elle-même reste en sécurité loin des dents. 

Ensuite, avec l’ajout de salive qu’elle aide à produire, la langue façonne les aliments écrasés en un “bol” arrondi qui peut facilement passer dans la gorge. Enfin, elle pousse ce bol en arrière pour être avalé, s’assurant qu’aucun aliment n’entre dans les voies respiratoires. En un sens, la langue est devenue une “main de la bouche”, dit J.D. Laurence-Chasen, un biologiste du National Renewable Energy Laboratory. Tout ce traitement permet aux mammifères de digérer les aliments plus rapidement et plus efficacement, afin qu’ils tirent plus de leur régime alimentaire que la plupart des autres animaux. Cette abondance a alimenté d’autres avancées évolutives, telles qu’un taux métabolique élevé et une activité prolongée, des grossesses prolongées et de grands cerveaux. En effet, Callum Ross, un biomécanicien et neurobiologiste de l’Université de Chicago, compte l’origine de la mastication comme l’une des trois transitions évolutives majeures facilitées par la langue, aux côtés du passage de l’eau à la terre et de l’origine de la parole humaine. 

Récemment, les chercheurs ne pouvaient pas obtenir une vue détaillée de la manière dont la langue manœuvre les aliments parce que les lèvres, les joues et les dents gênaient. Mais ces derniers temps, le groupe de Ross utilise une technique appelée reconstruction de la morphologie en mouvement aux rayons X (XROMM) qui consiste à enregistrer les mouvements de perles chirurgicalement implantées avec des rayons X et à transformer les résultats en animations 3D. Dans leurs expériences avec des opossums et des singes, des caméras capturent simultanément des images sous différents angles alors qu’un animal mange ou boit, et l’animation reconstruite permet aux chercheurs de voir comment la langue bouge par rapport aux mâchoires et aux dents. 

“Nous sommes capables de voir des caractéristiques de mouvement qui étaient totalement cachées”. Une morphologiste fonctionnelle de l’Université Brown et une pionnière de l’XROMM qui a conseillé à Ross comment adapter cette technologie pour ses études. En comparant les mouvements de langue chez différentes espèces, les chercheurs espèrent apprendre comment les spécialisations de la langue ont pu contribuer à l’évolution du mode de vie et des préférences alimentaires de chaque animal. Plus récemment, Laurence-Chasen et Ross ont travaillé avec le collègue de Chicago Nicho Hatsopoulos et Fritzie Arce-McShane, aujourd’hui neurobiologiste à l’UW, pour combiner l’analyse XROMM avec des enregistrements de l’activité neuronale chez les singes. Ces études, espèrent-ils, révéleront comment le cerveau coordonne les mouvements complexes de la langue impliqués dans l’alimentation.

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