Diversité extrême dans les chants des baleines boréales du Spitzberg

Contexte

Le chant complexe chez les mammifères est rare. Alors que de nombreux taxons de mammifères produisent des « appels » répétitifs, parfois appelés chants publicitaires, peu de mammifères produisent des affichages vocaux similaires au chant des oiseaux, qui est défini par de multiples fréquences et éléments modulés en amplitude combinés en phrases et organisés en longs combats. De tels chants n’ont été documentés que chez quelques espèces de mammifères, dont certaines chauves-souris (Chiroptères), gibbons (Hylobatidae), souris (Scotinomys spp.), des hyrax des rochers (Procavia capensis) et deux grandes baleines, les baleines à bosse (Megaptera novaeangliae) et les baleines boréales (Balaena mysticetus). À l’exception des gibbons, dans lesquels les mâles et les femelles font un duo, on pense que les chants complexes chez les mammifères ne sont produits que par les mâles. On pense que les mammifères mâles chantent pour défendre des territoires, annoncer leur qualité, attirer des partenaires ou une combinaison de ces fonctions.

Le chant des baleines à fanons n’a été étudié de manière approfondie que chez les baleines à bosse, qui chantent des chants similaires au cours d’une saison dans toute une population. La structure de ce chant évolue progressivement au cours de la saison à l’unisson et il a été documenté que le transfert des types de chant se produit de manière directionnelle d’une population à une autre sur une période de plusieurs années. Les chants de baleines à bosse sont composés d’une hiérarchie allant des unités aux sous-phrases en passant par les phrases et les thèmes.

On en sait moins sur les chants des baleines boréales par rapport aux baleines à bosse, mais les chants des baleines boréales consistent généralement en une seule phrase qui comprend des éléments modulés en amplitude et en fréquence répétés dans des épisodes, avec deux sons différents souvent produits simultanément. Une étude pilote menée dans le détroit de Fram en 2008-2009 a fourni la première indication que des dizaines de types de chants ont été produits par des baleines boréales dans cette région au cours d’une seule période d’hivernage. Il n’existe aucune étude annuelle de la diversité des chants pour d’autres populations de baleines boréales, bien que plusieurs types de chants au cours d’une même année aient été documentés pour deux autres populations. Ici, nous documentons une diversité inter et intra-annuelle extrêmement élevée dans le chant des mammifères de la population de baleines boréales du Spitzberg.

Matériel et méthodes

Des enregistreurs hydrophones omnidirectionnels ont été déployés et redéployés chaque année de 2010 à 2014 en septembre sur un amarrage océanographique à long terme dans l’ouest du détroit de Fram, à environ 78°49 N, 5° W (matériel supplémentaire électronique, figure S1). L’amarrage déployé en 2011 n’a pas été récupéré. Les instruments ont enregistré des données acoustiques pendant les 14-17 premières minutes h-1 tout au long de l’année. Lors de la récupération, les données ont été téléchargées et des spectrogrammes (10-4000 Hz, FFT de 2048 points, chevauchement de 50%, fenêtre de Hann) ont été créés pour chaque fichier de données. Les spectrogrammes ont ensuite été examinés visuellement pour détecter la présence de chants de baleines boréales qui ont été classés par œil en fonction des caractéristiques temps-fréquence de chaque type de chant. Les fichiers contenant des chansons « fortes » (possédant des unités distinctes, une bande passante supérieure à 500 Hz) ont été analysés plus avant pour déterminer la structure de l’unité et la composition de la chanson. Chaque chanson a reçu un numéro unique si plus d’une itération se produisait (par exemple, Fram2012-11 était la 11e chanson enregistrée dans la saison 2012-2013 tandis que Fram2012-54 était la 54e; matériel supplémentaire électronique, S1–S4). Chaque type de chanson a été caractérisé par la fréquence, la durée et l’amplitude et / ou la modulation de fréquence, le nombre d’unités et de phrases et comparé à tous les autres types de chansons au cours des années et entre les années afin de déterminer le nombre minimum de différents types de chansons détectés et de décrire la diversité des chansons chez cette espèce à cet endroit.

Résultats

Des chants de baleines boréales ont été détectés 24 h par jour pendant la majeure partie de l’hiver chaque année (matériel électronique supplémentaire, figure S2). Le plus grand nombre de types de chansons différents a été enregistré en décembre et en janvier (figure 1). Au total, 184 types de chansons différents ont été enregistrés au cours de la période d’étude de 3 ans. Chaque type de chanson a été enregistré en une seule période de déploiement.

Il y avait une variation interannuelle dans le nombre et le moment des chansons. Le moins de chansons ont été enregistrées en 2010-2011 (39 types de chansons au total, 895 enregistrements). Les deux années 2012-2013 (69 types de chansons au total, 1338 enregistrements) et 2013-2014 (76 types de chansons au total, 998 enregistrements) comptaient environ deux fois plus de chansons différentes (figure 1).

Alors que la plupart des types de chansons étaient de courte durée – de quelques heures à quelques jours — et duraient rarement plus d’un mois (figure 2), chaque année, quelques types de chansons persistaient tout au long de l’hiver. La tendance générale pour toutes les années était une progression des types de chansons apparaissant puis disparaissant au fil du temps, la plus grande diversité au cours de l’année se produisant en janvier pour les trois années examinées.

Sur les 3231 enregistrements contenant des chansons au cours des 3 années, un peu plus de la moitié (53%) ne contenaient qu’un seul type de chanson, alors que deux chansons différentes se sont produites dans 37% des périodes d’enregistrement. Moins de 10% de tous les enregistrements contenaient plus de deux types de chansons différents.

Discussion

La diversité et la variabilité interannuelle des chants des baleines boréales dans cette étude de 3 ans ne sont concurrencées que par quelques espèces d’oiseaux chanteurs. Parmi les autres chanteurs de mammifères, les souris et les gibbons ont tendance à produire des chansons très stéréotypées et répétitives avec peu d’éléments (par exemple). La variation des chansons de rock hyrax et de chauve-souris est principalement due à des changements dans l’arrangement des unités. Les baleines à bosse produisent des chants complexes qui sont similaires en un an. Bien qu’il ne soit pas possible de déterminer le répertoire d’une baleine boréale dans la présente étude, le catalogue des types de chants (184) est remarquablement varié.

On ne sait pas si les baleines boréales chantent plusieurs types de chants au cours d’une saison, mais on sait que certaines d’entre elles partagent le même type de chants au cours de la même période dans la population de Béring–Tchouktches–Beaufort (BCB). On ne sait pas non plus si les baleines boréales conservent le même chant tout au long de leur vie ou si elles changent au cours des années et/ou entre les années.

L’une des explications de la très grande diversité de chants dans la population de baleines boréales du Spitzberg pourrait être que les animaux occupant cette région à l’époque moderne comprennent des immigrants de la BCB et des populations de baleines boréales de l’est du Canada et de l’ouest du Groenland. Jusqu’à récemment, on a supposé que ces populations étaient isolées les unes des autres en raison de l’étendue et de la couverture de glace de mer impénétrable dans le Haut-Arctique. Cependant, au cours des dernières décennies, des déclins extrêmes de l’étendue et de l’épaisseur de la glace de mer ont peut-être facilité le contact entre ces populations. Cependant, même si cette région contient des baleines boréales de populations multiples, cela n’explique pas entièrement le nombre élevé de types de chants différents enregistrés dans cette étude ni l’absence de récurrence des types de chants d’une année à l’autre.

Il est plausible que les baleines boréales du détroit de Fram ne soient qu’un vestige de la population originelle du Spitzberg qui a survécu aux niveaux historiques extrêmes d’exploitation. L’influence de la petite taille de la population sur la diversité des chansons est conflictuelle; certaines études suggèrent que la diversité des chants augmente chez les populations plus petites, bien que d’autres aient constaté que les populations réduites ou isolées présentent une réduction de la diversité des chants et produisent des chants plus simples.

Chez certaines espèces, les femelles semblent préférer un répertoire de chants diversifié, ce qui suggère qu’une complexité accrue du chant pourrait conférer des avantages pour la reproduction. Une étude récente sur les singes hurleurs (Alouatta spp.) compromis documentés dans les caractéristiques de reproduction masculines basées sur la structure sociale (temporaire): dans les groupes avec moins de mâles, ou des groupes sociaux plus petits, les mâles ont investi davantage dans les démonstrations vocales comme tactique de reproduction. Normalement, la taille des testicules et le répertoire vocal (ou d’autres manifestations reproductives) sont considérés comme des compromis évolutifs: selon le contexte social, l’un d’entre eux peut fournir un avantage sélectif aux individus d’une population par rapport à l’autre. Par exemple, les baleines à bosse ont des testicules relativement petits et se livrent à une compétition physique tout en produisant des chants complexes, tandis que les baleines noires (Eubalaena spp.) ont d’énormes testicules, sont attirés par des « groupes actifs en surface » par une femelle vocalisatrice et manquent de tout affichage acoustique masculin apparent. Cependant, les baleines boréales ont à la fois de grands testicules et de grands répertoires vocaux.

Les baleines boréales sont les seules baleines à fanons résidentes de l’Extrême-Arctique. Ainsi, l’identification interspécifique par chant peut ne pas conférer aux baleines boréales le même avantage sélectif que pour d’autres espèces de cétacés. Cela pourrait réduire la pression de sélection sur les stéréotypes de chansons, permettant une plus grande variation des types de chansons en raison d’une mutation culturelle à long terme dans les chansons, ou la nouveauté de la chanson elle-même pourrait conférer un avantage.

Parce que les baleines boréales chantent sous l’eau, dans une glace épaisse pendant la nuit polaire, une compréhension nuancée de la syntaxe variable de cette espèce sera difficile à obtenir. Néanmoins, le comportement de chant des baleines boréales du Spitzberg, dans lequel des dizaines de types de chants distincts sont produits chaque année, les rend remarquables parmi les mammifères.

Accessibilité des données

Des fichiers de chansons exemplaires sont déposés dans le référentiel numérique Dryad (doi: 10.5061/dryad.1ck400f).

Contributions des auteurs

Tous les auteurs ont collecté les données et ont conçu l’idée d’analyse. K.M.S. a analysé les données. Tous les auteurs ont contribué à l’interprétation des résultats, à la rédaction du manuscrit et ont accepté sa publication. Tous les auteurs sont responsables de tous les aspects du travail.

Intérêts concurrents

Nous n’avons pas d’intérêts concurrents.

Financement

Ce travail a été financé par NPI, le Svalbard Environmental Protection Fund, le Svalbard Science Forum, le Fram Centre Incentive Fund et le Norwegian Research Council (subvention n° 244488/E10).

Notes de bas de page

Du matériel supplémentaire électronique est disponible en ligne au https://dx.doi.org/10.6084/m9.figshare.c.4035239.