Trunk grasping and manipulation of the African savannah elephants (Loxodonta africana) : behavioural and morpho-functional variability
Saisies et manipulations avec la trompe chez les éléphants de savane d’Afrique (Loxodonta africana) : variabilités comportementales et morpho-fonctionnelles
Résumé
The trunk is a fundamental organ for the elephants that can perform both powerful and delicate functions. However, its evolution and precise adaptations remain an enigma. What are the parameters that may have played a role in the evolution of this organ? If trunks do not fossilise, their adaptations can be addressed by studying extant proboscideans, whose populations vary in terms of behaviour and living environments. The challenge is therefore to understand the links between the environment, the morpho-functional variability and the behavioural variability in trunk use. The aim of this PhD work is to highlight these potential links during trunk grasping and manipulation behaviour in extant African savannah elephants (Loxodonta africana).This work is divided into four parts. The first part contextualises the importance of the trunk by studying the behavioural variability of its uses. The second part focuses on the individual variability of trunk grasping and manipulation techniques, the third on the effects of the environment on these techniques. Finally, the last part addresses the effects of food properties on the distal shape of the trunk during grasping. The data were collected in two wild sites (one arid in Namibia and the other one more wet in South African gallery) for the first three chapters, involving more than a hundred identified elephants, and in the Beauval Zoo Park (France) for the last chapter. The methodological approach is interdisciplinary, based on ethology and functional morphology. This “functional ethology” provides a better understanding of morphological adaptations linked to behaviour, and vice versa. Through these novels behavioural and morpho-functional quantification, we explore the variability of trunk use between individuals and populations.Thus, this work provides a couple of important results. Several behaviour that involve the trunk vary according to the sex and age of the elephant. Similarly, trunk grasping and manipulation techniques vary greatly between individuals, depending on the morphology of their tusks, the object grasped and the task. Interestingly, these techniques vary also between the two populations studied, which live in very different environments. Finally, there is an influence of the size and shape of the food grasped on the preform of the trunk distal part. These results enable us to better understand how optimal grasps are performed with the trunk, and how it certainly improves the animal physical conditions. In this thesis, we also apprehend for the first time the effects of learning, habitat and morphology on elephant grasping and manipulation. Therefore, it brings new information on the questions of grasping and manipulation evolution in tetrapods. The perspectives of this work are numerous. Indeed, it is currently essential to understand how elephants adapt to rapid environmental changes, to help with the great challenge of their conservation. Furthermore, a better understanding of how elephant trunks work is a key issue in the design of new bio-inspired robotic arms, which need to be flexible, powerful and precise at the same time.
La trompe est un organe fondamental pour les éléphants : ils l'emploient pour connaître leur environnement, établir des liens sociaux, utiliser des outils, ou encore manipuler eau et nourriture. Ce Proboscis est ainsi capable d'accomplir des fonctions à la fois puissantes et délicates. Or, son évolution et ses adaptations restent une énigme. Quels sont les paramètres qui ont pu jouer un rôle dans l'évolution de cet organe ? Si les trompes ne se fossilisent pas, il est tout à fait possible d'aborder leurs adaptations en étudiant les Proboscidés actuels, dont les populations varient en termes de comportements et de milieux de vie. L'enjeu est donc de comprendre quels sont les liens existants entre le milieu, la variabilité morpho-fonctionnelle, et la variabilité comportementale associés à la trompe. Plus particulièrement, l'objectif de ces travaux de thèse est de mettre en évidence ces liens potentiels chez les éléphants de savane d'Afrique actuels (Loxodonta africana) lors des comportements de saisie et manipulation avec la trompe.Ce travail se compose de quatre parties. La première permet de contextualiser l'importance de la trompe en étudiant la variabilité comportementale de ses utilisations. La deuxième partie porte sur la variabilité des techniques de saisie et de manipulation de la trompe, la troisième sur les effets du milieu sur ces techniques. Enfin, la dernière partie aborde les effets des propriétés de la nourriture sur la conformation distale de la trompe lors de saisies. Les données analysées sont issues du milieu naturel (milieu aride en Namibie et milieu plus humide en Afrique du Sud) pour les trois premiers chapitres, impliquant plus d'une centaine d'éléphants sauvages identifiés, et du ZooParc de Beauval (France) pour le dernier chapitre. L'approche méthodologique est pluridisciplinaire, articulée autour de l'éthologie et de la morphologie fonctionnelle. Cette « éthologie fonctionnelle » permet de mieux comprendre les adaptations morphologiques liées aux comportements, et inversement. Nous explorons ainsi, par des quantifications comportementales et morpho-fonctionnelles inédites, les variabilités d'utilisation de la trompe entre individus et entre populations.Ce travail apporte de nombreux résultats majeurs. Tout d'abord, certains comportements qui impliquent la trompe varient en fonction du sexe de l'éléphant et de son âge. De même, les techniques de saisie et de manipulation avec la trompe varient grandement en fonction des individus, de la morphologie de leurs défenses, de l'objet saisi et de la tâche de saisie ou manipulation. Ces techniques varient aussi fortement entre les deux populations étudiées, qui vivent dans des milieux très différents. Enfin, il existe une influence de la taille et de la forme de la nourriture saisie sur la préforme de la partie distale de la trompe, et selon les individus. Ces résultats permettent de mieux comprendre comment les saisies optimales sont effectuées avec la trompe. Avec cette thèse, il est abordé également, pour la première fois, les questions d'effets de l'apprentissage, de l'habitat et de la morphologie sur la saisie et la manipulation chez les éléphants. Comprendre ces fonctionnements apporte des connaissances plus générales sur l'évolution de la saisie et la manipulation chez les tétrapodes. Les perspectives de ces travaux sont nombreuses. En effet, il est actuellement essentiel de comprendre comment les éléphants s'adaptent aux changements rapides d'environnement, pour aider au grand défi qu'est leur conservation. De plus, mieux comprendre le fonctionnement des trompes d'éléphant constitue un enjeu essentiel dans la conception de nouveaux bras robotiques bio-inspirés, flexibles, puissants et précis à la fois.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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