Date de mise en ligne : 25/04/10 - Visé par le Comité de Lecture

Situation des deux villages où ont été vues deux cigognes bleues

Le 5 avril 2010, les habitants du village de Biegen, en Allemagne, ont eu une drôle de surprise : une Cigogne blanche (Ciconia ciconia) bleue a installé son nid sur un bâtiment horticole, attirant de nombreux visiteurs. Le 14 avril, c'est à Avendorf, dans le Nord du pays, qu'un oiseau similaire est apparu.
Ces curieux oiseaux attirent des experts du monde entier qui s’interrogent sur l’origine de sa couleur, qui ne semble pas naturelle. Les a-t-on peintes, ont-elles été les cibles de joueurs de paintball ? Ont-elles été en contact avec des produits chimiques lors de leur trajet de migration ? Jusqu'à présent, aucune analyse de plume n'a été réalisée, mais le bleu n'est pas naturellement d'origine pigmentaire chez les oiseaux.
Alberto Masi, qui a développé le logiciel de taxonomie Neornithes, profite de cette actualité insolite pour nous expliquer comment le plumage de certains oiseaux nous apparaît bleu, et s'il serait possible d'expliquer la teinte de ces cigognes par une mutation particulière.

Cet article a été soumis à notre Comité de Lecture virtuel. Pour participer à ce comité, vous pouvez nous contacter.

Abstract

Publicité

The 5th of April 2010, a mysterious Blue Stork appeared in Biegen, a small village of Brandenburg (Germany). The 14th of April, a second bird was discovered in Avendorf, in the north of the country. Experts are trying to understand the origin of this color, which doesn't seem to be natural: Stained in a landfill? Victims of a paintball gamer? So far, no feather has been analyzed.
Alberto Masi, creator of the software Neornithes, explains us why some birds are blue. This colour is a structural color, or schemochrome, and results from small changes in feather structure that alters their light reflective properties. Because blue light has a very short wavelength, it is selectively reflected more easily than other colors of light with longer wavelengths, thanks to the "Tyndall scattering" effect. Some authors think that structural colours of avian feather barbs are produced by constructive interference instead of Tyndall effect.
Alberto also wonders if some mutations could explain the strange blue of these storks.


Cigognes bleues allemandes : une couleur à l'origine naturelle improbable

Une couleur naturellement non pigmentaire

Cigogne blanche... teintée de bleu, Biegen (Oder-Spree), le 14/04/2010: à noter que l'oiseau de gauche a des traces de bleu sur la tête, suite probablement à un contact avec son partenaire coloré Source: www.youtube.com/user/MrPendecho

Nous ne connaissons pas encore l'origine de la couleur bleue des deux cigognes allemandes, mais il est très peu probable qu'elle soit naturelle. En tout cas, c'est une belle opération de communication, et de nombreux touristes savent désormais où se trouve le petit village de Biegen ! Et cela n'a pas empêché la cigogne de s'accoupler avec une femelle immaculée.
Chez les oiseaux, le bleu n'est pas d'origine pigmentaire, contrairement au jaune ou à l'orange, mais lié à la structure de la plume : on parle de couleur structurelle ou schemochrome. La lumière bleue est diffusée et est donc visible grâce à l'effet Tyndall.
Marc Fasol nous précise que comme les goélands, les Cigognes blanches fréquentent souvent les décharges et autres dépotoirs au cours de leur migration. A la recherche de leur pitance, les oiseaux n'hésitent pas à retourner les sacs-poubelles et à y entrer leur tête. Parfois, ils se retrouvent avec des cartouches d'encre qui, broyées par les bulldozers, répandent leur contenu et les saupoudrent... Marc a ainsi déjà observé des goélands jaunes, bleus, cyans,...

Définition de l'effet Tyndall

Le bleu du Ara bleu (Ara ararauna) est créé par l'effet Tyndall Photo: Arthur Grosset / www.arthurgrosset.com

L'effet Tyndall est un phénomène de dispersion de la lumière incidente sur des particules de matière dont les dimensions sont comparables aux longueurs d'onde (de la lumière). John Tyndall l'a découvert en 1869, quand il a constaté que les minuscules particules de l'atmosphère diffusaient préférentiellement le bleu, générant la teinte typique du ciel lors des belles journées. Peu après, Rayleigh a démontré que ces particules étaient en fait des molécules de gaz (le nitrogène et l'oxygène).
On observe aussi ce phénomène au niveau de l'iris de l'œil. Il est bleu si la mélanine est peu concentrée, il est plus foncé quand la concentration augmente. Dans le premier cas, la lumière bleue est diffusée par les particules de mélanine. La mélanine absorbe la lumière: quand elle est présente en faible quantité, la lumière qui traverse la couche pigmentaire est diffusée, et une portion notable de la lumière ressort via un chemin dévié.
La diffusion est plus importante pour les longueurs d'onde les plus courtes. Les longues comme celle du rouge (environ 700 nm), traversent en ligne droite la couche de mélanine selon un chemin pratiquement pas modifié. Elles sont ensuite absorbées par la couche plus profonde : elles ne sont donc presque pas diffusées à l'air libre.
Or, les longueurs d'onde les plus courtes sont bleues (environ 400 nm), c'est pour cela que l'iris semble être de cette couleur qui est donc ici structurelle et non pas pigmentaire.Dans le cas où la mélanine est très concentrée, la lumière est quasiment totalement absorbée et l'iris paraît sombre.
Ce phénomène s'observe aussi au niveau d'une plume.

Rappel: la structure d'une plume

La structure d'une plume d'oiseau Schéma: Ornithomedia.com

Une plume se compose d'un axe central creux à sa base, le calamus, qui naît dans l'épiderme, et devient plein dans sa partie principale, le rachis.
Le rachis porte des barbes insérées en deux séries de part et d'autre d'un axe dans un seul plan. Les barbes sont enchevêtrées par des barbules perpendiculaires munies d'innombrables crochets minuscules.
L'ensemble des barbes situées du même côté du rachis est appelé vexille (vexillum).

L'effet Tyndall au niveau du plumage

La couleur des plumes d'un bleu non iridescent serait due à l'effet Tyndall, qui correspond à la diffusion de la lumière par de très petites bulles d'air ou des cavités contenues dans les barbes.
En effet, les couleurs des oiseaux ne sont pas uniquement d'origine pigmentaire. Le bleu est ainsi une couleur essentiellement structurelle : elle est en effet plus facilement diffusée que les autres couleurs à cause de sa faible longueur d'onde.

Schéma 1- Coupe approximative d'une barbe d'une plume : les longueurs d'ondes courtes de la lumière comme celle du bleu et du violet sont diffusées par des cavités, les autres sont absorbées par des microgranules de mélanine. Schéma: Ornithomedia.com d'après Université de Bristol

Quand une barbe est observée au microscope, sa surface de kératine apparaît "nuageuse" ou "laiteuse" à cause de la présence de petites cavités. Une coupe transversale permet de démontrer la présence d'une couche inférieure de microgranules de mélanine et de petites poches d'air.
Ces petites cavités agissent comme des particules d'air car elles diffusent sélectivement la lumière bleue, tandis que les granules de mélanine absorbent les longueurs d'onde plus grandes, intensifiant encore la teinte bleue de la plume (voir notre schéma 1 d'interprétation).
Cette couche de microgranules est circulaire chez la Perruche ondulée (Melopsittacus undulatus) mais discontinue chez le Diamant de Gould (Erythrura gouldiae) et les grands perroquets (aras par exemple) : ces derniers ont ainsi des couleurs différentes selon les parties du corps. Leurs mélanges sont évités grâce aux microgranules qui absorbent les longueurs d'onde "parasites".
La différence de structure d'une plume rouge par rapport à une plume "bleue" est nette : la première tire en effet sa couleur d'un pigment et non pas de sa structure. La surface de la plume rouge est transparente et sans couleur, et sa couche inférieure est remplie de granules de pigments rouges (qui ne difusent que cette longueur d'onde).
Les différences entre les couleurs structurelles et pigmentaires peuvent être démontrées par des expériences simples : le bleu étant entièrement lié aux propriétés réflectives de la plume, il devient noir quand celle-ci est réduite en poudre. Ce n'est pas le cas du rouge ou du jaune, car les pigments ne sont pas endommagés. On peut d'ailleurs les éliminer d'une plume en les dissolvant sans que la structure de celle-ci soit détruite.
Les plumes "bleues" peuvent aussi perdre leur teinte quand elles sont placées dans un liquide à densité optique particulière, qui remplit les cavités de la structure de la plume, empêchant la réflexion du bleu. La plume semble noire quand elle est mouillée, mais sa couleur bleue réapparaît quand elle sèche.

Combinaison de couleurs pigmentaires et structurelles

Les perroquets possèdent au niveau de leurs plumages un pigment caroténoïde liposoluble appelé psittacine ou psittacofulvine. La mutation bleue chez les psittacidés est due à l'absence complète de la psittacine. Et l'effet Tyndall accentue encore cette teinte.
Les couleurs pigmentaires peuvent se superposer à la couleur bleue issue de l'effet Tyndall : par exemple, dans le cas des pigments jaunes, cette superposition donne une couleur verte (courante chez les amazones, perruches, etc.).

Certains auteurs réfutent le rôle de l'effet Tyndall au niveau des plumes

Certains scientifiques réfutent toutefois le rôle de l'effet Tyndall au niveau des plumes. Le danois Jan Dyck a publié en 1971 un article expliquant que les couleurs bleu et bleu-vert de l'inséparable rosegorge (Agapornis roseicollis) étaient dues à un phénomène de diffusion lumineuse arrière ("backscattering") provoqué par les nombreux cylindres de kératine (voir schéma 1) des barbes des plumes. Dans une autre étude, il a analysé au microscope électronique les cylindres de kératine des plumes du croupion de l'Inséparable rosegorge et de l'arrière du Cotinga à poitrine pourpre (Cotinga maynana). Il a trouvé tout un réseau de canaux connectés remplis d'air. Chez le cotinga, il a noté des cavités sphériques distribuées dans une matrice de kératine.
Dyck précise que la couleur bleue des deux espèces était indiscernable, et que donc le processus de création de celle-ci devait être analogue.
En 1998, Rick O. Prum et al. ont avancé que le bleu des plumes était produit de la même façon que celui que l'on voit sur les plaques d'huile : grâce à des différences de distances parcourues par la lumière.
En 1999, Prum et d'autres scientifiques dont Jan Dyck ont réalisé des analyses de Fourier en deux dimensions des variations spatiales de l'indice de réfraction de la kératine spongieuse médullaire (= profonde) des barbes de quatre couleurs structurelles appartenant à trois espèces : Inséparable rosegorge, Perruche ondulée (Melopsittacus undulatus), et Diamant mandarin (Poephila guttata).
Ils affirment que les couleurs structurelles des plumes des oiseaux sont produites par une interférence constructive des ondes de lumière diffusée, générées par la matrice hétérogène de la kératine spongieuse médullaire.

Et l'iridescence ?

Le bleu de cette Ariane versicolore (Amazilia versicolor) est créé par le phénomène de l'iridescence. Photo: Arthur Grosset / www.arthurgrosset.com

Il ne faut pas confondre l'effet Tyndall avec le phénomène de l'iridescence. L'iridescence est un phénomène physique d'interférence qui se produit lorsque la lumière pénètre dans deux structures minces ayant des indices de réfraction différents. Les plumes semblent avoir des couleurs différentes selon l'angle sous lequel on les regarde.
C'est le réseau de barbules (en particulier leur partie proximale) qui est responsable du phénomène. Ces barbules ont des microlamelles parallèles qui diffractent la lumière, d’où les variations de couleurs selon l’angle d’observation. Quand l'incidence de la lumière varie, la distance parcourue par la lumière entre deux microlamelles successives varie aussi, et ce n'est donc pas la même radiation qui sest éteinte. Les couleurs se succèdent selon l'inclinaison : bleu, violet, orange, ...

Le bleu de la cigogne peut-il être la conséquence d'une mutation?

Perruche à collier (Psittacula krameri) de phénotype sauvage (arrière-plan) et de mutation bleue (premier plan), Sevran (93), janvier 2010 Photo : Adrien Bismuth

Alberto Masi nous rappelle que la mutation bleue de plusieurs espèces (perruches, inséparables, diamants...) est le résultat de la disparition totale ou partielle de certains pigments lipochromes (aldéhydes chez les inséparables ou caroténoïdes chez le Diamant de Gould).
Les pigments lipochromes sont responsables de plusieurs couleurs vives (jaune, rouge, orange).
La mélanine restant présente, la plume apparaît alors bleue, plus ou moins sombre.
Mais dans le cas des cigognes, les pigments lipochromes sont absents naturellement (d'où la couleur blanche dominante de l'espèce), et la mélanine est limitée aux rémiges.
Un effet bleuté peut aussi provenir d'un changement dans la densité des microgranules de mélanine décrits plus haut. C'est la mutation "opale" des éleveurs des canaris. Les oiseaux peuvent ainsi apparaître gris-bleus : la mélanine brune est fortement réduite, la mélanine noire est concentrée sur la partie médiane de la plume (mais aussi sur la face inverse), et la phaéomélanine (colorant de jaune à brun clair) n'est pratiquement pas présente. Il en ressort un effet bleuté dû à la structure de la plume. Le dessous de la plume est plus pigmenté que le dessus, ce qui est l'inverse de ce qui se passe habituellement. Il s'agit en quelque sorte d'une mélanisation inversée. On a observé et noté ce type de mutation chez des oiseaux sauvages, comme le Merle noir (Turdus merula) : l'oiseau semble alors légèrement bleuté.
Dans le cas des cigognes "bleues", les rémiges sont restées d'un noir parfait, et ce type de mutation n'est donc pas envisageable.
Il existe aussi chez les canaris une mutation "cobalt" : elle se caractérise par une délocalisation de la mélanine qui se disperse du rachis vers le reste de la plume. Les pigments lipochromes sont repoussés sur les bords de la plume. La phaéomélanine n'est plus visible, d'où un noir plus profond.
Cette mutation est plus intense sur les parties inférieures du plumage, notamment sur le ventre, ce qui assure à l'oiseau un effet mimétique intéressant (les prédateurs voient de dessus un oiseau plus clair et donc plus difficile à localiser).
Chez les deux cigognes allemandes, on pourrait imaginer une migration de l'eumélanine, apparaissant bleue. Mais la probabilité d'une telle mutation est très faible, et elle est rendue quasiment nulle par l'observation d'un deuxième individu dans le nord de l'Allemagne.
Une analyse des plumes serait utile pour écarter toute origine naturelle de cette couleur incroyable.

Sources

- Devorah A. N. Bennu (2000). The Physics of Structural Colors in Bird Feathers [Schemochromes]. www.turacos.org/feathers.htm- Thirdeyehealth.com. Blue Eye The Melanin Scarcity. www.thirdeyehealth.com/blue-eye.html
- Rüdiger Finke (2010). Blauer Storch landet in der Elbmarsch. Date de mise à jour: 14/04. www.welt.de/diewelt/vermischtes/hamburg/article7173110/Blauer-Storch-landet-in-der-Elbmarsch.html
- Welt Online (2010). Kneipe und Karten: Storch füllt Biegens Kasse. Date de mise à jour: 23/04. http://newsticker.welt.de/?module=dpa&id=24607356
- Wikipedia (2010). Iridescence. http://fr.wikipedia.org/wiki/Iridescence
- Bernard Valeur. Les couleurs des animaux. www.cnrs.fr
- Maurice POMAREDE (2003). La couleur des oiseaux et ses mystères. Le Monde des Oiseaux. www.webzinemaker.com
- University of Bristol. Melanosomes from other deposits. Palaeobiology and Biodiversity Research Group. http://palaeo.gly.bris.ac.uk/melanosomes/Messel.html
- Canarich. Les différentes opales. http://canarich.skyrock.com/2.html
- Inte Onsman. The Myth of the Tyndall Effect in Blue Bird Feathers. MUTAVI Research & Advice Group. http://www.euronet.nl/users/hnl/tyndall.htm
- R. O. Prum, R. Torres, S. Williamson, and J. Dyck (1999). Two-dimensional Fourier analysis of the spongy medullary keratin of structurally coloured feather barbs. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. Volume 266. www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1689643/


Réagissez à cet article sur nos forums ou par e-mail (david.bismuth@ornithomedia.com).

Vous pouvez soutenir Ornithomedia.com