Using morphology to infer physiology: case studies on rorqual whales (Balaenopteridae)

Whales are important model systems for understanding the physiological and ecological consequences of extreme body size. However, whales are also some of the most difficult animals to study because their large size precludes experimental studies under controlled conditions. Here we review a wide range of morphological studies that enable greater inference of physiological processes. In particular, we focus on baleen whales that exhibit extensive diving and foraging adaptations. Using morphological data, we (i) explore the biomechanics and sensory physiology of lunge-feeding rorqual whales (Balaenopteridae), (ii) determine the effects of scale and diving pressures on the circulatory physiology of fin whales (Balaenoptera physalus (L., 1758)), and (iii) better understand the adaptations of the cetacean respiratory system that facilitate a fully aquatic life history. These studies underscore the value of understanding functional morphology in animals that cannot be studied using traditional laboratory techniques. Key words: whales, morphology, physiology, diving, biomechanics, bioenergetics, feeding. Les baleines constituent d'importants systemes modeles pour comprendre les consequences physiologiques et ecologiques d'une taille extreme du corps. Les baleines figurent toutefois parmi les animaux les plus difficiles a etudier parce que leur grande taille fait en sorte qu'il est impossible de mener des etudes experimentales dans des conditions controlees. Nous passons en revue un vaste eventail d'etudes morphologiques qui permettent de meilleures inferences concernant les processus physiologiques. Nous nous penchons plus particulierement sur les mysticetes qui presentent d'importantes adaptations en matiere de plongee et d'approvisionnement. A la lumiere de donnees morphologiques, nous (i) explorons la biomecanique et la physiologie sensorielle de rorquals qui se nourrissent par engouffrement (balenopterides), (ii) determinons les effets d'echelle et des pressions de plongee sur la physiologie de la circulation de rorquals communs (Balaenoptera physalus (L., 1758)) et (iii) etablissons une comprehension amelioree des adaptations du systeme respiratoire des cetaces qui facilitent un cycle biologique entierement aquatique. Ces etudes soulignent l'importance de comprendre la morphologie fonctionnelle d'animaux qui ne peuvent etre etudies par des techniques de laboratoire classiques. [Traduit par la Redaction] Mots-cles : baleines, morphologie, physiologie, plongee, biomecaniques, bioenergetique, alimentation.
Introduction Body size is one the most important characteristics that influence physiological processes and ecosystem function (Schmidt-Nielsen 1984). At the upper extreme of body mass, there is a tremendous dearth [...]