Comment les oiseaux migrateurs savent-ils où aller?

Deux fois par an, le ciel mondial se remplit d'oiseaux entreprenant des voyages qui s'étendent sur des continents entiers. Les sternes arctiques se déplacent de poteau à pôle. Godwits à queue à queue traverse l'océan Pacifique en un seul vol sans escale. Même l'humble Robin couvre une bonne partie du continent nord-américain lorsqu'il vole vers le Mexique (et parfois même le Guatemala). Ces exploits de précision et d'endurance ont fasciné les humains depuis des siècles et les scientifiques depuis presque aussi longtemps. Comment ces animaux incroyables, sans cartes ni GPS, se trouvent-ils exactement?

Pour une grande partie de l'histoire, les scientifiques ne pouvaient que deviner. Certains ont proposé que les oiseaux s'appuyaient uniquement sur le soleil ou les étoiles pour naviguer. Certains Grecs anciens croyaient que les oiseaux se transformaient en espèces entièrement différentes lorsque l'hiver est venu. Aujourd'hui, les scientifiques sont plus proches que jamais de craquer le code. Nous savons que les oiseaux peuvent, par exemple, discerner le nord géographique en observant la rotation des corps célestes autour de l'étoile nord avant un long vol. L'utilisation de leurs sens nets de vue et de son joue sans aucun doute un rôle aussi, tout comme la façon dont ils aident les oiseaux à trouver des mangeoires d'oiseaux, mais il y a plus à l'image.

Un ensemble croissant de recherches suggère que les oiseaux migrateurs sont réglés sur quelque chose de beaucoup plus profond – le champ magnétique de la Terre. Non seulement de nombreuses espèces peuvent détecter la présence de cette force invisible, mais des preuves suggèrent qu'ils peuvent l'utiliser pour déterminer la latitude, la direction et peut-être même leur position sur le monde. La façon dont ils le font – les mécanismes particuliers utilisent les oiseaux pour détecter les champs magnétiques – est l'endroit où le mystère s'approfondit et où certaines des théories les plus excitantes de la biologie, de la physique et même de la mécanique quantique commencent à émerger.

L'une des théories les plus convaincantes expliquant la navigation aviaire implique la magnétite, un minéral naturellement magnétique trouvé dans les becs supérieurs de certains oiseaux, y compris les pigeons (un oiseau qui est beaucoup plus intelligent que la plupart des gens ne le pensent), cette magnétite est censée agir comme une boussole biologique, permettant aux oiseaux de détecter le champ magnétique de la Terre et de déterminer leur position pendant la migration. Ces magnétorécepteurs à base de magnétite sont situés dans la peau du bec supérieur et peuvent détecter l'intensité magnétique et fournir des informations de navigation critiques à l'animal.

Ces magnétorécepteurs sont connectés au nerf trijumeau, qui transmet des informations sensorielles au cerveau. Des enregistrements électrophysiologiques ont montré que les oiseaux peuvent détecter l'intensité magnétique à travers ces récepteurs. On pense que ce mécanisme contribue à une «carte» de navigation multifactorielle que les oiseaux utilisent, aux côtés d'autres indices, pour naviguer dans de grandes distances. Bien que la présence de magnétite dans les becs d'oiseaux soit bien documentée, le rôle exact qu'il joue dans la navigation est toujours à l'étude, et le concept global est toujours un sujet controversé au sein de la communauté scientifique.

D'une part, la magnétite a été découverte dans d'autres parties des corps d'oiseaux qui ne sont pas considérées comme liées aux capacités de navigation. Et beaucoup de choses restent enveloppées sur la façon dont les informations provenant du champ magnétique de la Terre sont traitées au niveau neuronal dans le cerveau. L'hypothèse devient encore brouillée par des études qui montrent comment les champs magnétiques inversés pour les oiseaux dans des expériences contrôlées n'ont aucun effet néfaste sur la capacité des oiseaux à naviguer. Leur sens de la direction, cependant, réglé avec la détection magnétique, semble également quelque peu dépendant de la lumière, même de la faible lumière des étoiles. La vision, semble-t-il, joue un rôle important ici quelque part – mais où exactement?

Au-delà de la magnétite, les scientifiques ont découvert une théorie remarquable: les oiseaux migrateurs peuvent percevoir le champ magnétique de la Terre par des effets quantiques survenant dans leurs yeux. Cette idée se concentre sur une protéine légère appelée cryptochrome, en particulier le cryptochrome 4a (Cry4a), trouvé dans les rétines d'oiseaux comme le Robin européen. Lorsque la lumière bleue pénètre dans un œil d'oiseau, il excite les électrons dans les molécules cryptochromes, créant des paires d'électrons liées à des états quantiques appelés paires radicales.

Ces paires radicales sont sensibles au champ magnétique de la Terre; Le champ influence les états de spin des électrons, modifiant les réactions chimiques au sein de la protéine cryptochrome. Ce processus, connu sous le nom de mécanisme de paire radicale, peut permettre aux oiseaux de détecter les champs magnétiques comme des modèles visuels, leur permettant efficacement de « voir » le champ magnétique de la Terre comme un signal visuel. Mais alors que les chercheurs ont prouvé que Cry4a pourrait être le composant clé de cette magnétoréception, ils explorent toujours comment les oiseaux perçoivent réellement les lignes de champ magnétique de notre planète et si les paires radicales se forment réellement dans les yeux des oiseaux migrateurs.

Plus les scientifiques apprennent cette capacité, mieux ils pourraient être prêts à fournir des informations précieuses aux écologistes qui essaient de préserver les populations d'oiseaux migrateurs – même certaines des étranges espèces d'oiseaux du monde qui sont réellement toxiques. Ainsi, la prochaine fois que quelqu'un utilise le terme « cerveau d'oiseau » comme une insulte, n'oubliez pas que les oiseaux pourraient avoir la capacité de voir le champ magnétique de la Terre, ce qui est tout simplement incroyable.