Les Poumons sont-ils des « organes stupides » chez les Cétacés et Siréniens?

Les cétacés (comme les dauphins et baleines) et les Siréniens (lamantins, dugongs) ont un système respiratoire très différent de celui des poissons qui utilisent des branchies. Pour beaucoup de critiques (pas des évolutionnistes renseignés), cela est en général considéré comme une conception stupide si elle devait résulter de l’acte d’un créateur, les poumons seraient des organes inadaptés pour un animal aquatique, les pauvres cétacés seraient obligés d’aller chercher l’air en surface, plutôt que de pouvoir rester tranquillement en profondeur. C’est une vision très incorrecte de la situation, une fois informés, la plupart des gens préféreraient sans aucun doute être un cétacé qu’un poisson classique, car le système pulmonaire offre de nombreux avantages: les poumons offrent un avantage énorme par rapport aux branchies dans certaines conditions.

Voici une citation d’une vidéo d’Entracte Science sur les siréniens et la macro-évolution qui illustre bien l’argument:

« Les Siréniens descendent certainement de mammifères terrestres, en témoigne leur possession de sabots sur les pattes et de poumons… des poumons probablement l’organe le plus stupide à avoir quand on vit sous l’eau… dessein intelligents, mes fesses, oui ! »

Accès à un milieu plus riche en O₂

L’air contient environ 21 % d’oxygène, alors que l’eau en contient en moyenne moins de 1 % dissous. Les cétacés peuvent donc emmagasiner plus d’oxygène en moins de temps, ce qui favorise directement les plongées prolongées.

Les cétacés renouvellent jusqu’à 80–90 % de l’air de leurs poumons à chaque inspiration (contre 10–20 % chez l’humain), ce qui permet une recharge rapide en oxygène (en 1 à 2 secondes). Les branchies des poissons extraient seulement 20–30 % de l’oxygène dissous dans l’eau, beaucoup moins concentré que dans l’air.

Le système respiratoire des cétacés permet à la fois la plongée prolongée et une activité énergique en surface (sauts, poursuites, nage rapide). Les poissons, dépendants du passage de l’eau sur leurs branchies, sont limités en termes d’apport rapide en oxygène pour des efforts intenses.

L’immobilité

Beaucoup d’espèces (requins, thons, maquereaux…) pratiquent la ventilation par « ram » : ils doivent nager en continu pour que l’eau passe sur leurs branchies. Si ces poissons s’arrêtent trop longtemps, ils suffoquent et meurent.

Un cétacé peut arrêter complètement sa ventilation (apnée) et rester immobile en profondeur pendant longtemps. La plupart des poissons doivent ventiler en continu, même au repos, donc ils ne peuvent pas rester « complètement inactifs » comme un mammifère en apnée.

A noter que d’autres poissons (perches, carpes, poissons rouges, anguilles, etc.) ont des mouvements actifs d’opercules: ils pompent l’eau en ouvrant/fermant la bouche et les opercules. Cela leur permet de rester immobiles au repos, perchés sur le fond ou cachés.

Adaptations pour la plongée et la variation de pression

Les poissons supportent beaucoup moins bien les variations rapides de pression que les cétacés, et cela limite fortement leurs migrations verticales. Les poumons et les voies respiratoires des cétacés sont renforcés et capables de s’affaisser complètement à grande profondeur, évitant les accidents liés à la pression (comme l’embolie gazeuse).

Une grande partie de l’oxygène est stockée dans le sang (hémoglobine) et dans les muscles (myoglobine) et pas seulement dans les poumons. Le rythme cardiaque peut fortement ralentir (bradycardie) pour économiser l’oxygène.

La plupart des poissons osseux possèdent une vessie remplie de gaz. Quand ils descendent, la pression comprime le gaz et produit une perte de flottabilité. Quand ils remontent trop vite, le gaz se dilate produisant une risque d’explosion interne ou d’expulsion par la bouche (barotraumatisme). C’est pour ça que les pêcheurs voient souvent les poissons des grandes profondeurs avec l’estomac sorti de la bouche car la vessie a “explosé”.

Les branchies échangent aussi l’azote. Si un poisson remonte trop vite, des bulles de gaz peuvent se former (comme “l’accident de décompression” chez l’humain). Les poissons n’ont pas de mécanismes pour “vider” ou “fermer” leur vessie natatoire instantanément. Du coup, la plupart restent dans une tranche de profondeur précise.

Les poumons des cétacés s’affaissent volontairement à partir d’une certaine profondeur, l’air est chassé vers les voies supérieures, ce qui empêche la dissolution excessive de gaz. Ils stockent surtout l’oxygène dans le sang et les muscles et non dans une poche gazeuse compressible. Ils peuvent donc plonger à plus de 1000–2000 m et remonter sans barotraumatisme.

Les poissons migrent surtout dans une plage limitée. Certaines espèces (lançon, hareng, anchois) font des migrations verticales quotidiennes mais lentes (quelques dizaines à centaines de mètres). Les poissons abyssaux restent souvent dans leur zone car un retour vers la surface leur serait fatal.

Les cétacés peuvent plonger profond (cachalot > 2000 m, baleine de Cuvier > 3000 m) puis remonter rapidement grâce à leur système respiratoire. Il n’y a pas de limite aussi stricte que les poissons.

Supporter l’eau peu oxygénée

Les cétacés ne dépendent pas de l’oxygène dissous dans l’eau car ils respirent l’air atmosphérique (environ 21 % d’O₂), beaucoup plus riche que l’eau (environ 0,5–1 % d’O₂). Lorsqu’ils plongent, ils utilisent :

• l’oxygène stocké dans leur sang (hémoglobine en grande quantité),
• l’oxygène stocké dans leurs muscles (myoglobine en concentration exceptionnelle),
• et des mécanismes de bradycardie et de vasoconstriction sélective pour économiser l’oxygène.

Ainsi, même si l’eau est pauvre en oxygène, ça ne les affecte pas directement, puisqu’ils ne « respirent » pas cette eau.

Les poissons extraient l’oxygène uniquement de l’eau. Si l’eau est pauvre en oxygène (milieu eutrophisé, eau chaude, stagnante, profondeur abyssale), ils ventilent plus vite, se rapprochent de la surface, ou migrent ailleurs. Si le déficit est trop important il y a asphyxie (poissons morts flottant à la surface dans les zones hypoxiques).

Les cétacés ne sont pas affectés par le manque d’oxygène dans l’eau, puisqu’ils respirent l’air.

Des cétacés profonds (cachalots, ziphiidés) chassent dans ou près des couches très pauvres en O₂ où beaucoup de poissons sont limités : l’oxygène dissous y est bas mais eux respirent l’air et s’appuient sur leurs réserves internes. Les rapports indiquent même que la « remontée » des OMZ (zones de minimum d’oxygène) pourrait favoriser le fourrage des cachalots et baleines à bec (proies plus lentes).¹

Conclusion

Les baleines sont capables de migrer horizontalement et verticalement de manière impressionnante, cela est dû à leur mode respiratoire et à leur nature endotherme (animaux à sang chaud).

Les seuls animaux qui se rapprochent des baleines en double performance (horizontale + verticale) sont:

• les thons et grands requins (migrations océaniques + plongées profondes de 1000m environ),
• les tortues luths (très longues migrations + plongées à >1000 m).

Aucun d’eux cependant n’atteint le niveau des cétacés: leur combinaison endothermie + respiration aérienne + poumons compressibles leur donne un avantage unique dans le règne animal.

Les siréniens bénéficient des mêmes avantages fondamentaux des poumons que les cétacés: respiration rapide, indépendance vis-à-vis de l’oxygène de l’eau, apnée prolongée. Mais chez eux, les poumons ont aussi un rôle particulier de ballast et de stabilisateur pour faciliter le broutage des herbiers.

Ils sont des animaux côtiers et de faible profondeur (quelques mètres), toujours liés aux zones où poussent les plantes aquatiques (lamantins en eau douce/salée, dugongs en herbiers marins). Ils ne vivent ni au large, ni en eaux profondes et n’ont donc pas besoin de rester longtemps sous l’eau ou de plonger en profondeur. Leur système respiratoire est adapté à leur mode de vie.

1. https://portals.iucn.org/library/sites/library/files/documents/08.10%20DEOX.pdf.