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C’est ce qu’affirme l’auteur principal d’une nouvelle étude qui montre que les rugissements forts et à basse fréquence des lions et des tigres sont prédéterminés par les propriétés physiques du tissu de leurs plis vocaux — à savoir la capacité d’étirement et de cisaillement — et non par des impulsions nerveuses provenant du cerveau.
« Le rugissement est similaire à ce que fait un bébé lorsqu’il pleure », explique le spécialiste des sciences du langage Ingo Titze, directeur exécutif du National Center for Voice and Speech, qui est administré par l’université de l’Utah. D’une certaine manière, le lion est une grande réplique d’un bébé qui pleure, fort et bruyant, mais à un ton très bas. »
L’étude des plis vocaux du lion et du tigre et de la façon dont ils produisent le rugissement — vocalisations utilisées par les grands félins pour revendiquer leur territoire — devait être publiée le 2 novembre, dans la revue en ligne PLoS ONE de la Public Library of Science.
Bien que la comparaison ne fasse pas partie de l’étude, Titze dit qu’un bébé « pleure pour que les gens viennent l’aider ». Le lion utilise un son similaire pour attirer l’attention, mais principalement pour dire : « Je suis là, c’est mon territoire, dégagez ».
« Dans les deux cas, nous entendons des sons forts et grinçants qui accrochent les oreilles des gens. Quand un bébé pleure, le son n’est pas joli. Le son est rude. La vibration n’est pas régulière. »
Il en va de même pour les rugissements des lions et des tigres et, comme pour les bébés, leurs plis vocaux (communément appelés cordes vocales) sont « très lâches et gélatineux » et vibrent de façon irrégulière pour donner aux rugissements un son rugueux, explique Titze. La principale différence : Les bébés pleurent à une fréquence aiguë, tandis que les grands félins ont un rugissement à basse fréquence.
Fréquence du rugissement dictée par la structure des plis vocaux
La principale conclusion de la nouvelle étude est que les lions et les tigres peuvent rugir fort et profondément parce que leurs plis vocaux ont une forme plate et carrée et peuvent résister à de forts étirements et cisaillements. Cela contredit une théorie selon laquelle les lions rugissent profondément parce que les plis vocaux sont lourds de graisse.
Au contraire, la graisse contribue à donner aux plis vocaux leur forme carrée là où ils font saillie dans les voies respiratoires, contrairement aux plis vocaux triangulaires de la plupart des espèces. La graisse peut également amortir les plis vocaux et fournir du matériel de réparation lorsqu’ils sont endommagés, expliquent les chercheurs.
« Nous essayions de corriger une hypothèse précédente selon laquelle les lions et les tigres rugissent à des fréquences fondamentales basses parce qu’ils ont des plis vocaux énormes », explique le coauteur de l’étude Tobias Riede, professeur assistant de recherche en biologie à l’Université de l’Utah et associé de recherche au National Center for Voice and Speech.
« Il est vrai qu’ils ont de grands plis vocaux, mais la forme et les propriétés viscoélastiques rendent les rugissements si forts et si profonds », dit-il.
Riede dit que les scientifiques « ont cherché à découvrir la relation entre la structure des plis vocaux et la façon dont ils fonctionnent pour produire le rugissement chez les lions et les tigres. Nous avons testé si les propriétés mécaniques des plis vocaux nous permettaient de faire des prédictions sur le son. »
Elles l’ont fait. Les mesures de la résistance des plis vocaux à l’étirement et au cisaillement ont permis aux chercheurs de prédire avec précision les plages de « fréquences fondamentales » auxquelles les lions et les tigres sont connus pour rugir, ainsi que les pressions pulmonaires nécessaires pour produire ces rugissements.
Titze et Riede ont mené ces recherches avec le premier auteur Sarah Klemuk, professeur adjoint en sciences de la communication à l’Université de l’Iowa ; et Edward Walsh, directeur de la physiologie auditive au Boys Town National Research Hospital à Omaha, Neb. Titze fait partie du corps professoral de l’Université de l’Iowa et de l’Université de l’Utah, où il est professeur de recherche en otolaryngologie et en chimie médicinale. La recherche a été financée par les National Institutes of Health et la National Science Foundation.
« Nous étudions beaucoup d’animaux — cerfs, élans, chiens et chats », dit Riede. « Les lions et les tigres ne sont que des exemples intéressants de vocalisations très fortes et à basse fréquence. »
Ces études ont un aspect pratique. « Si vous comprenez comment les plis vocaux sont structurés et quels effets cette structure a sur la production vocale, alors cela pourrait aider les médecins à prendre des décisions sur la façon de reconstruire les tissus des plis vocaux endommagés » chez des personnes telles que les patients atteints de cancer, les chanteurs, les enseignants, les entraîneurs et les sergents instructeurs, dit-il.
Voix des grands chats
La nouvelle étude a analysé les plis vocaux de l’intérieur du larynx, communément appelé boîte vocale. Les larynx ont été excisés sur trois lions et trois tigres euthanasiés pour des raisons humanitaires en raison d’une maladie avancée au zoo Henry Doorly d’Omaha. Ils étaient âgés de 15 à 22,4 ans au moment de leur mort. Les trois lions étaient des femelles. Les tigres étaient des tigres de Sumatra et du Bengale femelles et un tigre de l’Amour (Sibérie) mâle.
La vocalisation est complexe et fait intervenir des facteurs non inclus dans la nouvelle étude des plis vocaux : comment l’air est poussé des poumons, comment le son résonne dans le conduit vocal, comment la langue et la mâchoire bougent, et le mouvement des muscles et du cartilage du larynx.
L’étude comprenait des examens du tissu des plis vocaux, qui est un tissu conjonctif mou sous forme d’élastine, de collagène, d’un lubrifiant appelé hyaluronan et de graisse.
Les lions et les tigres ont de grands plis vocaux : environ 1 pouce de haut de haut en bas, 1 pouce d’épaisseur d’un côté à l’autre et 1,5 pouce de long d’avant en arrière. Ils font saillie du larynx dans les voies respiratoires juste au-dessus de la trachée, formant une forme triangulaire de chaque côté des voies respiratoires chez la plupart des espèces, mais une forme carrée chez les lions et les tigres.
Les scientifiques savaient déjà que les lions et les tigres ont une graisse importante dans leurs plis vocaux. La nouvelle étude a montré que chez les grands félins, cette graisse est située profondément dans le ligament du pli vocal, et contribue à donner aux plis leur forme carrée et aplatie.
Cette forme « permet au tissu de répondre plus facilement au flux d’air qui passe », ce qui permet des rugissements plus forts avec une pression pulmonaire moindre, explique Riede.
Lorsque l’air passe devant les plis vocaux pour produire un son, les plis vibrent d’un côté à l’autre et de haut en bas, étirant et cisaillant les plis — propriétés testées par les chercheurs.
D’abord, ils ont attaché des plis vocaux de lion et de tigre à des leviers qui mesuraient la force et la distance lorsque le tissu était étiré « comme les cordes d’une guitare », explique Riede.
Puis, les chercheurs ont placé de petits disques circulaires de tissu de pli vocal entre des plaques et ont tordu une plaque de quelques degrés, lentement et rapidement, tout en mesurant la force nécessaire pour le faire. Cela montre à quel point le matériau a résisté au cisaillement pendant le rugissement.
Les scientifiques ont ensuite utilisé ces mesures de tension et de résistance au cisaillement des plis vocaux des gros chats pour prédire les pressions pulmonaires et la gamme de « fréquences fondamentales » auxquelles les animaux rugissent — la gamme de taux auxquels les plis vocaux sont capables de vibrer.
Ils sont arrivés à 10 à 430 hertz, ou cycles par seconde, ce qui est cohérent avec les fréquences de rugissement connues de 40 à 200 hertz chez les lions et de 83 à 246 hertz chez les tigres, dit Riede. Les hommes parlent à une fréquence de 100 à 120 hertz et les femmes à une fréquence plus élevée de 200 à 250 hertz, mais les grands félins sont beaucoup plus bruyants car ils convertissent plus efficacement la pression pulmonaire en énergie acoustique.
Il est logique que la fréquence des lions et des tigres lorsqu’ils rugissent soit fonction des propriétés mécaniques de leurs plis vocaux, et non de leur masse ou de leur poids. Après tout, les élans ont des plis vocaux de taille similaire, et pourtant ils ont un clairon aigu et non un rugissement grave, dit Titze.
« C’est la confirmation que les fréquences de phonation sont décrites par les propriétés mécaniques des plis vocaux et non par les impulsions nerveuses du cerveau », ajoute-t-il.
Le rugissement d’un lion ou d’un tigre peut atteindre 114 décibels pour une personne se tenant à quelques mètres, ce qui « est environ 25 fois plus fort qu’une tondeuse à gazon à essence », dit Titze. Et les rugissements ne sont pas délivrés un par un ; au lieu de cela, les lions rugissent environ 50 fois par épisodes de 90 secondes.
« Ils rugissent avec un son qui effraie les gens parce qu’il a cette qualité rugueuse et brute », dit Titze. « Les lions et les tigres sont réputés être les rois des bêtes, en partie à cause de leurs rugissements. Imaginez qu’ils chantent de beaux airs et que ce soit des airs à très basse fréquence. Qui va avoir peur de ça ? »