Expérience : dissection de l’aile d’un pigeon
Au cours de notre semestre de travail, nous avons effectué la dissection de l’aile d’un pigeon afin de mieux comprendre la structure interne de l’oiseau. Nous avons ainsi découvert l’ossature et la musculature qui participent au vol. N’ayant pas pu nous procurer un oiseau plumé, nous avons réussi à trouver une aile emplumée dans le laboratoire de SVT de notre lycée afin d’effectuer une étude plus approfondie du plumage.
Fonctionnement de l’aile basé sur l’intervention de plusieurs os, articulations, muscles
*Les vertèbres thoraciques, lombaires, sacrées et la plupart des caudales sont soudées, ce qui crée une ramification rigide permettant à l'oiseau de se maintenir horizontal sans aucun effort musculaire pendant le vol. Les muscles dorsaux des oiseaux sont donc quasi inexistants.
*Les côtes sont entièrement osseuses (cage thoracique plus solide) et renforcées par des expansions en forme de crochet qui relient les côtes les unes aux autres.
*La clavicule, en forme de sabre, renforce également cette cage dorsale en s'appuyant dessus. On obtient ainsi une véritable carlingue, rigide.
* La fourchette ou furcula, formée par les deux clavicules soudées en Y, forme un ressort de rappel qui maintient l'écartement des épaules et stocke de l'énergie pendant le mouvement descendant de l'aile, énergie restituée par la suite.
* L'os coracoïde, très haut, forme un pilier solidement appuyé sur le sternum. Il permet de déporter l'articulation de l'humérus (et donc l'attache de l'aile) le plus haut possible, ce qui maximise la stabilité de l'oiseau en vol (davantage de masse sous le point d'attache de l'aile).
* L'articulation de l'humérus est latérale (et non orientée vers le bas) ce qui permet à l'aile de monter bien plus haut que la ligne du dos (les ailes peuvent se toucher dorsalement), d'où une très grande amplitude de mouvement.
* le thorax porte ventralement une expansion en quille, le bréchet, qui donne une très grande surface d'accrochage aux muscles pectoraux qui permettent le vol. Ce bréchet est absent chez les oiseaux qui ne volent pas (autruche etc.) mais il a été conservé chez les manchots (car leur mouvement de nage est très semblable au vol).
* Le cou est très mobile, grâce à une forme particulière d'articulation entre les vertèbres, ce qui pallie l'absence de main préhensile (les oiseaux tisserands sont capables de faire des nœuds !)
* La partie centrale de la queue reste mobile, elle porte les plumes rectrices de la queue, utilisées comme gouvernail.
* Les os sont pneumatisés c'est à dire non seulement creux (ce qui est très banal) mais remplis d'air et non de moelle (ce qui est exceptionnel : voir plus bas le système respiratoire). Ils sont renforcés par des travées osseuses. Les sutures entre les os sont particulièrement robustes.
* La perte des dents a permis d'alléger considérablement la tête en éliminant non seulement les dents mais aussi les muscles puissants qui actionnent la mâchoire et les os larges permettant d'implanter les dents. Le bec permet d'obtenir le même volume qu'une mâchoire d'os mais avec un gain de poids important. La tête gagnera particulièrement à être allégée car le long cou est souvent tendu à l'horizontale pendant le vol, ce qui crée un bras de levier important (voir les oies, canards ou les cormorans en vol).
* L'aile elle-même a une articulation du poignet très simplifiée et qui permet de replier la “main” de côté. Le nombre de doigts et de phalanges réduits allègent l’ensemble et le rendent plus robuste.
* Dans le membre postérieur le péroné est réduit à une fine aiguille le long d’un tibia très robuste, et l’articulation de la cheville est extraordinairement simplifiée : la multitude de petits osselets que l’on trouve chez les autres vertébrés se réduit à deux os : le tibia en haut, le tarse en bas (fusion de tous les os du tarse = plante du pied). En bref, le membre postérieur de l’oiseau constitue un train d’atterrissage très robuste.
Schéma du squelette d'un oiseau
Les muscles utilisés pendant le vol
*Le muscle abaisseur de l'aile est un muscle pectoral énorme qui peut représenter 30% de la masse de l'oiseau chez le colibri.
* Contrairement à ce qui se passe chez les autres Tétrapodes, le muscle élévateur du bras n'est pas un muscle dorsal qui « tirerait » directement l'humérus vers le haut. Il est situé au contraire en position pectorale (donc sous l'humérus) et recouvert par le grand muscle abaisseur de l'aile. Il forme la couche interne. Pour pouvoir quand même relever l'aile alors qu'il est situé sous elle, ce muscle (le supra coracoïde) est prolongé d'un long tendon qui « transperce » l'articulation de l'épaule et l'utilise comme une poulie en la contournant extérieurement, pour aller s'attacher sur la face dorsale de l'humérus. L'avantage pour l'oiseau est que la masse musculaire est située le plus bas possible, ce qui renforce la stabilité du vol.
Schéma de la musculature de l'aile
Photo de la musculature d’un pigeon prise pendant la dissection que nous avons effectuée
Le rôle des plumes
La plume est une substance cornée fine et légère, engendrée par une dépression de la peau appelée follicule. A la fin de sa croissance, la plume n'est plus qu'une structure morte.
La plume est constituée d’un tronc principal, le rachis; à la base de celui-ci, se trouve le calamus qui est ancré dans la peau et maintenu par des tissus musculaires. Implantées d'un même côté sur le rachis, les barbes forment le vexille externe (partie exposée au vent et courbée vers le bas) et le vexille interne (partie sous le vent et légèrement relevée). Les barbes sont elles-mêmes garnies de barbules maintenues entre elles grâce à des barbilles. Lorsque les barbules se séparent, l'oiseau se lisse les plumes à l'aide de son bec, afin de les ramener dans la bonne position.
La partie la plus visible du plumage des oiseaux est constituée par les plumes de contour.
Schéma présentant différentes plumes et leurs structures
L'implantation des plumes est irrégulière; les oiseaux possèdent des zones de peau où les plumes poussent, les reptérilies, et d'autres zones dégarnies de plumes, les aptéries.
Lien entre vol et système respiratoire
Le vol est un mode de déplacement extrêmement exigeant en termes de puissance instantanée. Il nécessite donc une capacité d'oxygénation très élevée. En conséquence le système respiratoire des oiseaux est le plus performant de tous les vertébrés terrestres, ce qui permet par exemple aux oies à tête barrée, lors de leur migration annuelle, de fournir un effort intense sans tomber en syncope lorsqu'elles passent des cols à plus de 7000 m en survolant l'Himalaya dans un air très raréfié.
Pourtant, les poumons des oiseaux sont relativement petits. L'astuce est qu'ils sont complétés par un réseau très étendu de sacs aériens qui s'insinuent jusque dans les os.
Photo des organes respiratoires prise pendant la dissection que nous avons effectuée
