Bien que l’accent soit mis ici principalement sur les adaptations des structures corporelles marines, les adaptations marines comprennent également la symbiose, le camouflage, le comportement défensif, les stratégies de reproduction, le contact et la communication, ainsi que les adaptations aux conditions environnementales telles que la température, la lumière et la salinité.
Origines des chordés
Les animaux du Phylum Chordata comprennent les vertébrés et certains des non-vertébrés les plus primitifs comme les protochordés, les lancelets, les vers de gland, les tuniciers et les ptérobranches. Les premiers vertébrés apparaissant dans les archives fossiles au Cambrien étaient des animaux ressemblant à des poissons et présentant des branchies respiratoires formées par des fentes branchiales pharyngées situées dans un ensemble de poches. Le premier but du squelette et des écailles était de protéger l’animal, d’ajouter un soutien à la notochorde et de protéger le cerveau. Plus tard, une véritable épine dorsale (plutôt qu’une notochorde) a évolué chez les animaux marins. Chez tous les vertébrés, un cœur s’est développé pour pomper le sang dans les capillaires pour l’échange de gaz et d’oxygène. Le sang de la plupart des poissons va du cœur aux branchies et de là, il est déplacé vers le cerveau et d’autres structures corporelles importantes.
L’Agnatha, ou poisson sans mâchoire, a vécu de la fin du Cambrien jusqu’à la fin du Dévonien. Ces poissons étaient recouverts d’une armure osseuse, une adaptation qui les protégeait des autres animaux. Les lamproies parasites et les poissons d’eau profonde descendent des poissons nageurs faibles et sans mâchoire de fond. Plus tard au Silurien moyen, un poisson avec des mâchoires et des dents, connu sous le nom de vertébré Gnathostomata, a évolué. La plupart des poissons descendent de ce vertébré, y compris tous les tétrapodes. Les mâchoires étaient en fait adaptées des éléments antérieurs des branchies et les dents provenaient d’écailles très osseuses près de la peau de la bouche du poisson. Une fois que les mâchoires se sont développées chez les poissons, de nombreuses nouvelles stratégies de survie dans l’écosystème sont devenues disponibles. Pendant ce temps, les capacités de natation ont été améliorées avec le développement de palmes appariées.
C’était une période de grande diversification dans les océans. Quatre groupes de poissons se sont ramifiés: les Placodermes (aujourd’hui éteints), les Acanthodii (éteints), les Élasmobranches et les Holocéphales (requins, raies et chimères) et les Actinopterygii (poissons osseux plus évolués). Les Placodermes avaient des quantités extrêmes d’armure et étaient des carnivores très répandus au Silurien et au Dévonien. Les Acanthodii étaient de petits filtreurs. Les classes Elasmobranchii, Holocephali et Actinopterygii ont survécu, s’adaptant à de nombreuses conditions océaniques et se ramifiant davantage en une vaste gamme d’espèces. Certaines des nombreuses adaptations sont les suivantes.
La plupart des requins de la classe Élasmobranchii doivent continuer à nager, sinon ils couleront au fond de l’océan. Cette caractéristique a conduit à deux formes distinctes de requins: les formes pélagiques et benthiques. Les requins pélagiques se déplacent constamment dans l’eau et comptent sur ce mouvement pour faire passer l’eau à travers les branchies pour la respiration. Les formes benthiques reposent sur le fond et absorbent l’eau par une paire de trous au sommet de leur tête appelés spiracles. Les raies peuvent également se coucher sur le fond de l’océan et respirer à travers un spiracle au sommet de leur tête. Les raies ont un type de corps aplati qui leur permet de se cacher sous la boue et de déterrer des crabes et des animaux à carapace. Les intestins et le foie des requins et des raies sont également plus courts et plus gros que les poissons osseux. Les rayons ont développé des dards aux extrémités de leur queue comme forme de protection et certains ont même développé un type de batterie capable de délivrer un fort choc électrique. Un autre développement important aidant à la survie des espèces de la classe Elasmobranchii a été l’apparition de la ligne latérale. La ligne latérale est un organe sensoriel chez les requins pélagiques et certains poissons. Cette ligne s’étend de la tête à la queue et fonctionne pour trianguler les distances afin que le requin ou le poisson puisse localiser sa proie avec une grande précision, même dans l’obscurité totale.
La classe des Actinopterygii comprend tous les poissons osseux. Il est important de noter que les poissons osseux sont également appelés poissons téléostéens. Les poissons osseux comprennent de nombreux poissons familiers comme l’achigan, la perche, la morue, le thon, le flétan — essentiellement n’importe quel poisson avec un squelette osseux. Les caractéristiques générales d’un poisson de cette classe comprennent un intestin plus long que les requins et les raies, une seule fente branchiale de chaque côté, une bouche à l’avant du corps, une nageoire caudale de taille égale en haut et en bas et une fécondation externe des œufs. Les poissons osseux produisent des milliers d’œufs, il y a donc beaucoup de variations génétiques pour que la sélection naturelle se produise et les adaptations chez les poissons osseux abondent. Le poisson plat est un bon exemple de certaines des adaptations étrangères. Le jeune poisson plat semble être un poisson normal, mais au fur et à mesure de son développement, un œil migre de l’autre côté du corps, de sorte que les deux yeux sont du même côté. Après que l’œil se déplace, le poisson se retourne de sorte qu’il semble que les deux yeux soient du même côté, mais en fait, le haut n’est qu’un côté du corps. Un autre exemple est l’hippocampe mâle, qui a adapté une poche et, contrairement à la plupart des animaux mâles, prend soin des petits pendant que la femelle nage. Les Remoras ont développé une plaque sur leur tête pour s’accrocher aux autres poissons et se nourrir de la nourriture que les plus gros poissons laissent derrière eux. Le Mola mola, ou poisson-soleil de l’océan, ne nage pas très bien, pèse plus de 2 000 lb et est considéré comme le plus grand type de zooplancton. Ce poisson atteint une vitesse maximale de 3 miles par heure et flotte autour de la consommation de méduses. Certains poissons d’eau douce ont développé la capacité de grimper aux arbres, de projeter de l’eau sur les insectes, de respirer de l’air et de rester hors de l’eau pendant de longues périodes.
Reptiles
Les reptiles sont apparus comme un nouveau groupe d’animaux terrestres des amphibiens. Les reptiles ont connu un grand succès sur terre et sont rapidement devenus l’animal dominant pendant les 150 millions d’années suivantes. Lorsque les mammifères ont évolué, ils ont pris la position dominante laissant les reptiles ramper dans l’océan. Les reptiles qui ont survécu comprennent les serpents, les tortues et les lézards dont beaucoup ont un peu changé pour pouvoir vivre plus efficacement dans des environnements d’eau salée. Bien que les crocodiles se soient également adaptés à des conditions plus salées, ils n’ont jamais complètement changé et préfèrent toujours les eaux saumâtres. Les reptiles qui ont abandonné la terre pour la mer comprennent les tortues de mer de la famille des Cheloniidae, l’iguane marin de la famille des Iguanidae et les serpents de mer de l’Ordre des Squamata.
Les tortues n’ont pas trop changé au cours des 100 derniers millions d’années. La carapace dure caractéristique des tortues a été d’une grande aide pour la protection et la prévention du dessèchement. Les tortues terrestres ont un problème avec leur carapace trop lourde, mais lorsque les tortues sont dans l’eau, la flottabilité de l’eau soulève le poids de la carapace et permet à la tortue de se déplacer gracieusement dans le milieu. Les tortues de mer ont développé des pieds plus longs qui ressemblaient davantage à des pagaies, permettant à la tortue de voler dans l’eau avec une grande vitesse et agilité. Une autre adaptation des tortues de mer à la mer est une charnière dans la partie inférieure de la tortue qui leur permet de prendre beaucoup plus d’air et de prendre de l’air moins souvent.
Mammifères
Les mammifères marins comprennent l’Ordre des Cétacés (marsouins et baleines), l’Ordre des Carnivores (animaux comme les phoques) et l’Ordre des Siréniens (dugongs, lamantins et vaches marines). Les mammifères marins ont toujours le sang chaud et doivent maintenir la température de leur corps au-dessus de celle de l’océan. Les adaptations qui ont permis de résoudre ce problème comprennent la réduction de la surface et l’augmentation du volume interne, une couche graisseuse de graisse sous une peau très épaisse et une réduction de la quantité de sang allant dans les zones en contact avec l’eau froide. Contrairement aux animaux terrestres, les mammifères marins sont également capables de plonger très profondément dans l’eau sans prendre les virages car lorsqu’ils plongent plus profondément, ils expirent au lieu d’inspirer comme nous. Ils expulsent l’air de leurs poumons et n’absorbent donc pas l’excès d’azote. D’autres adaptations à la vie marine comprennent: un rythme cardiaque plus lent pendant les plongées, une diminution du flux sanguin vers les organes non vitaux, un taux d’hémoglobine anormalement élevé dans le sang et un taux de myoglobine anormalement élevé dans les muscles.
Une différence fondamentale entre les cétacés et les poissons est la queue. Les queues des mammifères sont horizontales, ce qui permet de nager à la fois verticalement et horizontalement. Les queues de la plupart des poissons sont verticales, de sorte que le mouvement de nage est d’un côté à l’autre. La forme profilée observée chez les poissons marins et les mammifères marins est un exemple de convergence biologique. La tête arrondie et la forme effilée du corps permettent aux poissons et aux mammifères marins de glisser en douceur dans l’eau, gaspillant peu d’énergie en raison de la résistance. Les animaux qui ne sont pas rationalisés, comme la raie ou le poisson-globe, ont sacrifié la natation efficace pour bénéficier du camouflage ou de l’armure corporelle.
La majeure partie de l’énergie générée pour la nage chez les animaux marins provient de la queue à l’arrière. La plupart des poissons déplacent leur queue d’un côté à l’autre de sorte que l’eau soit poussée vers l’arrière et sur le côté et que le poisson avance. Les nageoires sur le côté du poisson aident à contrer la tendance de la tête à se balancer d’un côté à l’autre lorsque la queue se déplace. Les poissons ont également des nageoires sur le dos, sur les côtés et sous le corps. Les poissons, les baleines, les tortues et même les phoques ont des membres spécialisés pour la baignade.
Animaux à coquille
Il y a environ 500 millions d’années, les animaux à coquille dure sont devenus importants dans les archives fossiles du Phylum des mollusques. L’évolution d’une coquille impénétrable était évidemment un trait très utile à posséder pour un animal, car maintenant les mollusques se trouvent dans presque tous les environnements connus. Les animaux à carapace dure sont protégés de la prédation et du dessèchement et certains peuvent même utiliser leur carapace pour flotter si nécessaire, entre autres choses. Les sept classes de mollusques sont les Polyplacophora (les chitons), les Gastropoda (les escargots), les Bivalvia (les palourdes), les Céphalopoda (poulpes et calmars), les Scaphopoda (les coquilles de défenses) et les Aplacophora (Classes Solenogastres et Caudofoveata – petits mollusques sans coquille ressemblant à des vers). Il y a au moins 30 000 espèces de gastéropodes et c’est la plus grande classe taxonomique.
Les chitons sont les animaux les plus primitifs du Phylum des mollusques. Chaque coquille de chiton est faite de sorte qu’elle s’emboîte et se plie. Les chitons ne vivent que dans des environnements marins et sont également reconnaissables aux huit plaques qui se chevauchent sur leur dos. Les branchies sont situées en toute sécurité sous la coquille de chaque côté de leur pied. Les adaptations observées chez les chitons permettent à ces organismes de survivre à de fortes vagues, de sorte qu’ils se trouvent souvent dans les mares.
Les organismes de la classe des Gastéropodes sont les plus communément appelés escargots, limaces, abalones, conques et bulots. D’autres gastéropodes peut-être moins familiers comprennent les nudibranches ou les limaces de mer, et certains ptéropodes et hétéropodes. Les gastéropodes peuvent généralement être identifiés par une coquille qui spirale vers la droite bien que certains comme les nudibranches n’aient pas de coquille et que dans d’autres, la coquille se tord vers la gauche. Afin de s’insérer dans cette coquille, de nombreux gastéropodes ont des organes de taille réduite. Bien que certains gastéropodes aient perdu leur coquille au cours de l’évolution, la plupart en ont encore et bénéficient de la protection. De nombreux gastéropodes comme les limpettes et les ormeaux se replient dans leur coquille lorsqu’ils sont dérangés et ferment l’ouverture avec une plaque spéciale appelée opercule. Il existe de nombreux types de coquilles et la plupart de la variété est le résultat direct de l’adaptation à l’environnement. Par exemple, dans les eaux agitées, la plupart des animaux ont des coquilles plates pour réduire la résistance à l’eau. Les animaux qui ont besoin de ramper dans les rochers pour se cacher ont également des coquilles plates pour s’insérer dans de plus petites fissures. La plupart des gastéropodes avancent à l’aide d’un pied très similaire à celui d’un escargot terrestre.
Les céphalopodes, comme les pieuvres et les calmars, sont redoutés par beaucoup, mais ce sont en fait des créatures assez douces, délicates et « intelligentes ». Les calmars et les pieuvres sont les mollusques les plus avancés. Ils ont une vue très développée, la capacité de nager rapidement et l’incroyable capacité de changer rapidement de couleur en utilisant leurs chromatophores. La pieuvre femelle a d’excellentes compétences parentales et garde ses œufs en sécurité et propres jusqu’à leur éclosion. La plupart des céphalopodes ont un corps mou sans coquille et peuvent marcher sur le fond de l’océan ou nager à l’aide d’un siphon qui gicle de l’eau dans un jet puissant. Certains segments de calmars géants ont été récupérés indiquant que l’animal entier peut peser jusqu’à 900 kg et mesurer 18 mètres de long. Certains scientifiques pensent qu’il peut y avoir des calmars de plus de 30 mètres de long. Une autre adaptation intéressante chez les céphalopodes est le développement d’une substance d’encre utilisée pour bloquer les sens de la vue et de l’odorat chez les prédateurs.
Pourquoi de nombreux mollusques ont-ils perdu ou réduit leur coquille?
James W. Valentine, Keith L. Thomson, « Évolution animale », dans AccessScience @McGraw-Hill, http://www.accessscience.com, DOI 10.1036/1097-8542.035500
Gillian Standring, « Les eaux vives ». Doubleday et Compagnie Inc., Cité des Jardins, New York, 1976.
John Reseck, jr., « Biologie marine ». Société d’édition Reston, Inc., Reston Virginie, 1979.