J’étais en train de courir quand j’ai entendu ce son intriguant, un chœur de gazouillis aigus. Curieux de découvrir ce qui produisait ce son, je me suis écarté du sentier et j’ai suivi les gazouillis à travers un champ de roseaux. Voici ce que j’ai vu (et entendu).
Hmmm… Je ne voyais pas grand-chose, mais j’entendais une tonne d’activité.
J’ai essayé de me faufiler jusqu’à une voix solitaire et stridente du chœur. Après de nombreuses tentatives infructueuses, mes jambes étaient couvertes d’égratignures à force de trébucher dans les roseaux, mais j’ai finalement réussi à apercevoir la créature qui émettait ce son. C’était une minuscule grenouille brune, assez petite pour s’asseoir sur le bout de votre doigt. L’étang s’est transformé en un chœur de ces grenouilles, toutes essayant de se surpasser pour attirer les femelles.
Je me suis approché assez près pour enregistrer le son que fait l’un de ces petits gars, et j’ai demandé à twitter de m’aider à identifier la grenouille. (Appuyez sur play pour entendre l’enregistrement).
https://twitter.com/aatishb/status/454036024159928320
Heureusement, Je me suis réveillée le lendemain matin avec un tweet de mon amie, l’écrivain scientifique Sarah Keartes (twitter, site web), qui a transmis ma demande à ses collègues passionnés de grenouilles à EarthTouch. Ils ont pu identifier la grenouille comme étant la Northern Spring Peeper, une grenouille dont les cris récurrents marquent le début du printemps dans le nord-est des États-Unis.
https://twitter.com/EarthTouch/status/454196593395130368
Le nom latin du peureux printanier est Pseudacris crucifer, qui ressemble plus à un méchant de bande dessinée ou à un rappeur méchant qu’à une petite grenouille. Une recherche rapide sur youtube m’a convaincu que c’était bien notre homme. Voici à quoi ressemble le mâle lorsqu’il émet ce son.
Et voici une vue plus rapprochée.
/ Flickr (utilisé avec permission)
Cette énorme poche que vous voyez est un sac vocal, et elle se gonfle pour être presque aussi grande que la grenouille. C’est ce résonateur acoustique qui permet à cette minuscule grenouille d’émettre un gazouillis aussi fort et strident.
De retour chez moi sur mon ordinateur, j’ai isolé un échantillon du gazouillis de la grenouille à partir de mon enregistrement. Cliquez ci-dessous pour écouter ce son et voir la forme du signal audio. Essentiellement, il s’agit d’un tracé de la façon dont vos haut-parleurs doivent se déhancher pour restituer le pépiement de la grenouille.
Le cri de cette grenouille était remarquablement cohérent. C’était presque exactement la même hauteur à chaque fois, et précisément chronométré à des intervalles régulièrement espacés, environ 40 à 50 fois par minute. Neat.
Le pépiement semblait très aigu, mais a-t-il des harmoniques, comme lorsqu’un chanteur frappe une note ? Ou s’agit-il d’une note pure, comme lorsqu’on frappe un diapason ? Pour le savoir, j’ai considéré le graphique ci-dessus comme un graphique de fréquence. (Mathématiquement, cela s’appelle prendre la transformée de Fourier, et j’ai écrit plus à ce sujet ici).
Si vous n’avez jamais vu ces spectrogrammes auparavant, ils sont un peu délicats à lire. L’axe vertical représente les différentes fréquences (ou hauteurs) du son et, comme précédemment, le temps s’écoule de gauche à droite. Pensez à ce graphique comme à une distillation du gazouillis de la grenouille en ses notes constitutives – les notes graves en bas et les notes aiguës en haut. Les couleurs plus chaudes représentent un son plus fort, allant des bleus froids aux rouges chauds en passant par le blanc ultra chaud.
Vous voyez comment il y a une barre blanche nette qui coupe le gazouillis ? Cela nous indique que le gazouillis de la grenouille est principalement constitué d’une note très forte d’une hauteur d’environ 3000 cycles/seconde, ou G7. Et il y a aussi quelques harmoniques plus douces – ces barres parallèles rouges et roses.
Pour confirmer cela, faisons un tracé de toutes les différentes fréquences qui s’additionnent pour produire ce son. Ce tracé est comme une recette pour le son, qui nous indique quelles notes ingrédients le composent (sur l’axe horizontal), et à quel volume (sur l’axe vertical).
La fréquence maximale du tracé ci-dessus est de 3144 cycles/seconde (ou G7), ce qui correspond à ce que nous avons vu précédemment. Comment cela se compare-t-il aux données scientifiques sur cette grenouille ?
Un article classique de 1985, Sexual Selection in the Spring Peeper, a mesuré la hauteur du cri de 72 rainettes printanières du Nord dans un laboratoire, et a trouvé que la fréquence de pointe moyenne était de 3061 cycles/seconde. C’est assez proche de mes résultats sur le terrain. Génial ! La science fonctionne comme elle le devrait.
Le même article poursuit en montrant que les femelles des rainettes printanières préféraient les mâles aux cris les plus forts, et préféraient également les mâles qui répétaient leurs cris le plus rapidement. Donc par exemple, s’il y avait deux mâles, l’un qui gazouille toutes les 1,2 secondes, et l’autre toutes les 0,9 secondes, alors neuf fois sur dix, les femelles choisiraient le gazouilleur le plus rapide. Pour les grenouilles mâles, gazouiller fort et vite est une stratégie gagnante.
Les avantages d’être bruyant sont évidents. Si vous êtes une grenouille et que vous pouvez crier plus fort que vos congénères, vous avez plus de chances d’attirer l’attention de la femelle. Mais pourquoi les grenouilles femelles préfèrent-elles les gazouilleurs les plus rapides ?
C’est parce que le gazouillis fait la publicité de la forme physique de la grenouille mâle. Les grenouilles qui gazouillent le plus vite ont tendance à être plus lourdes et en meilleure condition physique. C’est parce qu’il faut de l’énergie pour gazouiller. Pour gazouiller plus vite, une grenouille doit absorber plus d’oxygène et consommer plus d’énergie. Les grenouilles qui gazouillent le plus vite sont celles qui ont la plus grande endurance. Comme les coureurs de fond les plus rapides, elles sont capables de maintenir une forte consommation d’énergie sur une longue durée.
Ce qui nous amène à une autre énigme. La chose même qui rend les mirettes printanières mâles attrayantes pour les femelles – leurs cris forts et répétitifs – les rendrait également beaucoup plus visibles pour les prédateurs. Alors comment font-ils pour ne pas se faire dévorer ?
/ Flickr (utilisé avec autorisation)
L’une des façons pour ces mirettes printanières d’éviter les prédateurs est de sortir de l’hibernation très tôt au printemps. Mais il y a un problème avec cette stratégie. Le début du printemps s’accompagne d’épisodes de températures froides, tombant souvent en dessous de zéro (c’est actuellement le cas au moment où j’écris ces mots). La question se résume donc à ceci. Comment la grenouille s’empêche-t-elle de geler ? La réponse à cette question me stupéfie totalement : la grenouille ne s’empêche pas de geler. Au lieu de cela, l’évolution a conçu un moyen pour cette grenouille de rester gelée vivante.
Vous voyez, lorsque la grenouille sort de son hibernation au début du printemps, la température peut souvent descendre en dessous de zéro. Si la température est de -2 ou -3 C (27 F), la grenouille peut survivre car l’eau qu’elle contient reste dans un état de surfusion – sous son point de congélation, mais pas encore gelée. Mais dès que la température descend plus bas, l’eau à l’intérieur de la grenouille ne peut pas rester en surfusion, et elle commence donc à geler.
Pour la plupart des animaux, cela signifierait une mort rapide. Mais pas pour la grenouille du printemps. Des études ont montré que cette grenouille peut survivre gelée jusqu’à une semaine . La grenouille entre dans un état d’animation suspendue. Sa respiration, sa circulation sanguine et son rythme cardiaque s’arrêtent, et ses membres deviennent raides comme de la glace. L’eau sous sa peau gèle et le contenu de son estomac devient une boule de glace solide. Plus de la moitié de l’eau de son corps se transforme en glace. Pourtant, elle peut survivre dans cet état de congélation pendant des jours, et lorsque la température remonte, la grenouille dégèle et finit par recommencer à sautiller.
Alors, comment parvient-elle à réaliser cette incroyable astuce ?
Voici un clip de David Attenborough qui explique cette astuce chez une autre espèce de grenouille résistante au gel, la grenouille des bois, qui utilise une stratégie similaire.
En général, lorsque les cellules gèlent, la glace se dilate et provoque la rupture des cellules, tuant l’organisme. Mais cette grenouille, ainsi qu’une poignée d’autres grenouilles nord-américaines, ont développé une stratégie incroyable pour se protéger des dommages causés par le gel. Dans les cinq minutes qui suivent la formation de cristaux de glace à l’intérieur de la grenouille, le foie de la grenouille passe en mode de secours d’urgence et commence à déverser du glucose dans le sang, qui se répand ensuite dans tout le corps de la grenouille. Ce sucre sert de « cryoprotecteur » – un antigel biologique qui empêche les cristaux de glace de se former à l’intérieur des cellules de la grenouille.
Au moment où les cristaux de glace se forment à l’intérieur de la grenouille, l’heure tourne. C’est une course entre le front de congélation qui se déplace depuis les parties extérieures de la grenouille, et le glucose qui est pompé à la rescousse, depuis l’intérieur. Les niveaux de sucre sont donc les plus élevés dans les organes centraux de la grenouille comme le foie, le cœur, les reins et le cerveau, où les niveaux de glucose sont multipliés par 50. Pendant ce temps, les tissus extérieurs comme la peau et les muscles squelettiques reçoivent moins de glucose car ils ont déjà commencé à geler. Le fait vraiment surprenant ici est que le sucre n’était pas dans le sang de la grenouille avant que la congélation ne commence. Il a été pompé par le foie immédiatement après que la grenouille ait commencé à geler. Une fois la grenouille dégelée, le glucose est stocké à nouveau dans le foie, prêt à être réutilisé.
Et cette incroyable adaptation permet de garder ces grenouilles en sécurité. Ces rainettes printanières du Nord résistantes au gel peuvent émerger plus tôt au printemps que ses prédateurs, ce qui leur assure de nombreux jours de chant et de reproduction à cœur joie.
Grands remerciements à Dave Huth pour avoir partagé ses excellentes images sous licence Creative Commons. Consultez son site web et son flux flickr, deux excellentes ressources sur la communication scientifique et la biologie.
Storey, Kenneth B., et Janet M. Storey. « Persistance de la tolérance au gel chez les grenouilles hibernantes terrestres après l’émergence printanière ». Copeia (1987) : 720-726.
Storey, Kenneth B., et Janet M. Storey. « Tolérance naturelle au gel chez les vertébrés ectothermes ». Annual Review of Physiology 54.1 (1992) : 619-637.
Layne Jr, Jack R., et Joseph Kefauver. « Tolérance au gel et récupération post-gel chez la grenouille Pseudacris crucifer ». Copeia (1997) : 260-264.
Churchill, Thomas A., et Kenneth B. Storey. « Métabolisme des organes et synthèse des cryoprotecteurs pendant la congélation chez les rainettes de printemps Pseudacris crucifer. « Copeia (1996) : 517-525.
Forester, Don C., et Richard Czarnowsky. « Sélection sexuelle chez le peeper de printemps, Hyla crucifer (Amphibia, Anura) : rôle du cri d’annonce. « Behaviour (1985) : 112-128.
Zimmitti, Salvatore J. « Variation individuelle des caractéristiques morphologiques, physiologiques et biochimiques associées au cri chez les peepers de printemps (Pseudacris crucifer). » Physiological and Biochemical Zoology 72.6 (1999) : 666-676.
Wells, Kentwood D., Theodore L. Taigen, et Jennifer A. O’Brien. « The effect of temperature on calling energetics of the spring peeper (Pseudacris crucifer). « Amphibia-Reptilia 17.2 (1996) : 149-158.
Voici une incroyable vidéo de Robert Krulwich sur un « miracle printanier des grenouilles » – la résurrection de la grenouille des bois tolérante au gel.
Vous voulez en savoir plus sur les trucs qui surfondent, des chevaux à l’univers ? Jetez un coup d’œil à ce podcast de Radiolab.
Et voici un bel explicatif de Malcolm Campbell, qui décompose la science de la façon dont les grenouilles des bois et les bouleaux ont évolué vers des stratégies similaires pour survivre en étant gelés vivants. Des trucs époustouflants !
.