Les biologistes des oiseaux le savent depuis longtemps, mais il a fallu une chercheuse moderne spécialiste des chauves-souris, Elizabeth Dumont, de l’Université du Massachusetts Amherst, pour expliquer comment les squelettes des oiseaux peuvent avoir l’air si délicats tout en étant lourds. La réponse est que les os des oiseaux sont plus denses que ceux des mammifères, ce qui les rend lourds même s’ils sont minces et parfois même creux.
Ses conclusions, étayées par des mesures de la densité osseuse, sont publiées dans le numéro du 17 mars des Proceedings of the Royal Society B. Comme l’explique Dumont, « le fait que les os des oiseaux soient plus denses que ceux des mammifères ne les rend pas seulement plus lourds pour leur taille, mais il peut aussi les rendre plus rigides et plus forts. Il s’agit d’une nouvelle façon d’envisager la spécialisation du squelette des oiseaux pour le vol et de résoudre l’énigme de la raison pour laquelle les squelettes des oiseaux semblent si légers et sont encore relativement lourds. Ce phénomène n’a jamais été expliqué en détail et n’a donc jamais été abordé dans les manuels scolaires. J’aimerais que cela change. »
Dumont a mesuré la densité du crâne, de l’os du bras ou humérus et des os de la cuisse ou fémur chez les oiseaux chanteurs, les rongeurs et les chauves-souris en mesurant la masse et le volume osseux. « J’ai constaté qu’en moyenne, ces os sont les plus denses chez les oiseaux, suivis de près par les chauves-souris. De nombreuses autres études ont montré que la rigidité et la résistance des os augmentent avec leur densité. La maximisation de la rigidité et de la force par rapport au poids est une stratégie d’optimisation utilisée dans la conception de cellules d’avion solides et rigides mais légères », souligne-t-elle. La densité est une mesure de la masse par unité de volume ; les os denses sont à la fois plus lourds et plus résistants, un peu comme un cure-dent en titane serait plus résistant qu’un cure-dent en bois.
Au fil du temps, les os des oiseaux ont évolué vers des spécialisations qui maximisent la rigidité et la résistance, dit Dumont. Ces spécialisations comprennent une densité osseuse élevée, une réduction du nombre total d’os, la fusion de certains os et des changements dans la forme des os. Par exemple, de nombreuses études ont montré que l’os principal de l’aile d’un oiseau, l’humérus, a une section transversale plutôt ronde. Cela le rend plus rigide de la même manière qu’un cure-dent rond est plus difficile à casser qu’un cure-dent plat.
Galilée a décrit les os des oiseaux comme étant légers en 1683, dit Dumont. Ses nouvelles données aident à dissiper l’idée fausse courante selon laquelle les squelettes d’oiseaux sont légers par rapport à la masse corporelle. Au contraire, les squelettes des oiseaux et des chauves-souris ne semblent être que minces et délicats – parce qu’ils sont denses, ils sont aussi lourds. Le fait qu’ils soient denses, forts et rigides est une autre façon dont les os des oiseaux et des chauves-souris sont spécialisés pour le vol.