Ceux qui ont déjà observé des éléphants de mer sur la plage peuvent certainement confirmer qu’ils passent beaucoup de temps à dormir. Pendant leur séjour à terre, ils ont aussi grand besoin de sommeil, car ils n’en ont guère l’occasion,lorsqu’ils sont en mer. Des chercheurs californiens ont pu montrer pour la première fois, grâce à l’activité cérébrale, que les éléphants de mer et probablement d’autres phoquesne dorment que deux heures par jour au maximum lorsqu’ils sont en quête de nouriture. Parmi les mammifères, seuls les éléphants se contentent d’aussi peu de sommeil.
Les éléphants de mer du Nord parcourent plus de 10 000 kilomètres entre la Californie et l’Alaska au cours d’un voyage alimentaire d’environ huit mois. Ils doivent donc aussi dormir tant qu’ils sont en mer, en évitant autant que possible les prédateurs comme les orques ou les requins. Contrairement aux baleines, aux dauphins et aux otaries, les phoques communs ne peuvent pas éteindre alternativement un hémisphère de leur cerveau pour dormir. Ils ont développé une autre stratégie, qui vient d’être mise à jour grâce à une méthode sophistiquée.
« Depuis des années, l’une des questions centrales concernant les éléphants de mer est de savoir quand ils dorment », explique Daniel Costa, professeur d’écologie et de biologie évolutive et directeur de l’Institut des sciences marines de l’Université de Californie Santa Cruz.
Pour découvrir les habitudes de sommeil des éléphants de mer, l’équipe de recherche, dirigée par l’Université de Californie Santa Cruz, a combiné pour la première fois des profils de plongée et des données d’accélération avec les ondes cérébrales des phoques. Pour ce faire, l’équipe a développé une cagoule en néoprène sur laquelle sont fixés les mêmes capteurs EEG (électroencéphalographie) que ceux utilisés dans la recherche sur le sommeil humain. Au total, 13 jeunes femelles ont été équipées des bonnets EEG, cinq des animaux ayant été observés dans un environnement de laboratoire contrôlé et les huit autres dans la nature.
L’étude, à laquelle a également participé un scientifique de l’ETH Zurich, a été publiée dans la revue Science.
Les résultats montrent que les éléphants de mer ne dorment en moyenne que deux heures par jour lorsqu’ils sont en mer pour chercher de la nourriture pendant des mois. Ils effectuent plusieurs plongées profondes de 30 minutes par jour pendant lesquelles ils dorment environ dix minutes, s’enfonçant dans une sorte de spirale dans les profondeurs pendant leur sommeil et restant parfois même immobiles au fond de la mer. En revanche, pendant la période de reproduction, ils dorment une dizaine d’heures sur la plage.
« Les enregistrements de plongée montrent qu’ils plongent en permanence, nous pensions donc qu’ils devaient dormir pendant les plongées dites de courant, pendant lesquelles ils cessent de nager et coulent lentement, mais nous ne le savions vraiment pas », explique Costa, qui dirige depuis plus de 25 ans le programme de recherche de l’UCSC sur les éléphants de mer dans le sanctuaire d’Año Nuevo. « Maintenant, nous pouvons enfin dire qu’ils dorment définitivement pendant ces plongées, et nous avons également constaté qu’ils ne dorment globalement pas beaucoup par rapport aux autres mammifères ».
Tant qu’ils sont en mer, ces mammifères rivalisent avec les éléphants d’Afrique pour ce qui est de la durée de sommeil la plus courte par jour. Jusqu’à présent, on pensait que parmi les mammifères, les éléphants d’Afrique étaient ceux qui avaient le moins besoin de sommeil, avec environ deux heures par jour.
Un endroit sûr pour dormir
Les éléphants de mer sont plus exposés aux prédateurs tels que les requins et les orques lorsqu’ils se trouvent en surface dans l’océan ouvert, ce qui explique qu’ils ne respirent qu’une ou deux minutes en surface entre les plongées.
« Ils sont capables de retenir leur respiration pendant une longue période, ce qui leur permet de sombrer dans un profond sommeil lors de ces plongées profondément sous la surface, là où il n’y a pas de danger », explique Jessica Kendall-Bar, première auteure et directrice de l’étude.
Les enregistrements EEG montrent comment les phoques entrent dans le stade de sommeil profond, appelé sommeil à ondes lentes, pendant la descente contrôlée, puis passent au stade de sommeil paradoxal (Rapid-Eye-Movement), au cours duquel ils se tournent vers le haut, le ventre en l’air, en raison d’une paralysie du sommeil, et dérivent vers le bas dans une « spirale de sommeil ». Dans les eaux moins profondes au-dessus du plateau continental, ils dorment parfois sur le fond marin.
Un « coup de maître »
Kendall-Bar, alors doctorante, a développé un algorithme très précis à partir des données sur l’activité cérébrale et le comportement en plongée de 13 éléphants de mer femelles. Grâce à cet algorithme, elle a pu identifier des phases de sommeil chez d’autres animaux pour lesquels seules les données de plongée étaient disponibles, et non les enregistrements EEG. Elle a ainsi pu estimer les habitudes de sommeil de 334 autres phoques adultes.
« En me basant sur l’ensemble des données que Dan Costa a rassemblées au cours de ses 25 années de travail avec les éléphants de mer à Año Nuevo, j’ai pu extrapoler nos résultats à plus de 300 animaux et jeter un coup d’œil sur les habitudes de sommeil de la population », explique Kendall-Bar, qui prévoit maintenant d’utiliser des méthodes similaires pour étudier l’activité cérébrale chez d’autres espèces de phoques et d’otaries, ainsi que chez les plongeurs humains en apnée.
« C’est un exploit étonnant de réussir à faire quelque chose comme ça », explique Terrie Williams, professeur d’écologie et de biologie évolutive à l’UCSC et co-auteur de l’étude. « Elle a développé un système EEG qui fonctionne sur un animal qui plonge à plusieurs centaines de mètres de profondeur dans l’océan. Ensuite, elle utilise les données pour créer des animations pilotées par les données, afin que nous puissions vraiment visualiser ce que fait l’animal lorsqu’il plonge dans la colonne d’eau ».
Les résultats pourraient aider à mieux protéger les éléphants de mer, car les zones de repos préférées sont désormais connues. « Normalement, nous nous occupons de la protection des zones où les animaux se nourrissent, mais peut-être que les endroits où ils dorment sont aussi importants que tous les autres habitats critiques », a déclaré Williams.
Julia Hager, PolarJournal
Lien vers l’étude : Jessica M. Kendall-Bar et al. ,Brain activity of diving seals reveals short sleep cycles at depth.Science380, 260-265(2023).DOI:10.1126/science.adf0566
En savoir plus sur le sujet :
