Etude de l'appareil auditif des Anoures sans oreilles moyennes : implications pour la communication acoustique

par Renaud Boistel

Thèse de doctorat en Biologie du comportement

Sous la direction de Thierry Aubin.

Soutenue en 2007

à Paris 11 , en partenariat avec Laboratoire de Neurobiologie de l'Apprentissage, de la Mémoire et de la Communication (Orsay, Essonne ; 1998-2009) (laboratoire) et de Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

Le président du jury était Jean-Marc Jallon.

Le jury était composé de Thierry Aubin, Jean-Marc Jallon, Paul Avan, Rafael Márquez, Peter Cloetens.

Les rapporteurs étaient Paul Avan, Rafael Márquez.

mots clés

• Conduction osseuse
• Anoures
• Grenouilles
• Oreille moyenne
• Ouïe
• Bioacoustique
• Microtomographie

Résumé

Mon travail s'est concentré sur le système de communication acoustique de grenouilles dépourvues d'oreille moyenne, soit 6% des espèces mondiales. Le système auditif de ces espèces a été étudié en utilisant différents moyens d'investigation : techniques tomographiques (IRM et holotomographie aux rayons X au Synchrotron européen), mesures au vibromètre laser à effet Doppler et par simulation numérique. Trois hypothèses ont été envisagées : l'audition par les poumons, l'audition par conduction osseuse et l'audition par adaptation de l'impédance. D'après mes résultats, la forme et les propriétés biomécaniques des tissus mous n'ont révélé aucune adaptation particulière liée à l'audition. D'après les simulations numériques, il est apparu que seules les fréquences de vibrations de la tête et de la cavité buccale sont corrélées aux fréquences du chant. En prenant comme modèle biologique des grenouilles des Seychelles, j'ai montré que l'audition chez ces espèces serait rendue possible par une association entre conduction osseuse et propriétés de résonance de la bouche. Le système de communication d'une espèce, Atelopus franciscus a été étudié. L'information spécifique est supportée par un paramètre simple : la durée du pulse. Ce mode de codage est efficace car il est redondant et donc adapté à l'environnement bruyant dans lequel vit l'espèce. Ces grenouilles sans oreille moyenne constituent un excellent modèle pour l'étude de l'évolution de l'appareil auditif des tétrapodes lors de la conquête du milieu aérien et pour l'étude des troubles auditifs de type transmissionnel.

Titre traduit

Study of the auditory apparatus in frogs without middle-ears : implications for the acoustic communication

Résumé

My study focuses on the acoustic communication system of frogs deprived of middle ear, that is to say 6% of the world species. In a first step, I have studied the functional and anatomical aspects of the audition in theses frog species, using various means of investigation: tomographic techniques (IRM microscopy and X-ray holotomography at ESRF) measurements with the vibrometer laser with Doppler effect and by numeric simulation. Three hypotheses of extra-tympanic sound propagation from the external environment towards the internal ear were considered: hearing by the lungs, hearing by osseous conduction and hearing by adaptation of the impedance. According to my results, the shape and the biomechanics properties of soft tissues did not reveal any particular adaptation for hearing. According to the numeric simulations, it appeared that only the frequencies of vibrations of the head and of the oral cavity are correlated to the frequencies of the song. Taking as biological model frog species of Seychelles, I showed that hearing would be made possible by an association between osseous conduction and properties of resonance of the mouth. In a second step, I analyzed the acoustic system of a species, Atelopus franciscus. The specific information is supported by a simple parameter: the duration of pulses. This coding strategy is efficient because it is redundant and thus adapted to the noisy environment. These frogs without middle ear constitute an excellent model for the study of the evolution of the auditory apparatus of tetrapods during the conquest of the terrestrial environment and for the study of the transmissional hearing disorders.