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Savez-vous pourquoi le léopard est tacheté et le tigre rayé ?
 

On connaît depuis longtemps l’importance des mathématiques dans certains domaines comme la physique, mais depuis peu on la découvre aussi en biologie et en botanique. Des phénomènes que l’on croyait dus au hasard ou à l’action des gènes se révèlent être la conséquence d’une dynamique mathématique. L’exemple peut-être le plus spectaculaire est celui du pelage des animaux.

éléphant
souris
girafe
Les carnets insolites du Pr Durand

Stéphane Durand, physicien québécois, nous dévoile de manière surprenante le mystère de ces taches et rayures  :

leopard

“Pourquoi le pelage est-il tacheté pour certains animaux et rayé pour d’autres ? Pourquoi les taches de la girafe sont-elles plus grosses et de forme différente de celles du léopard ? Pourquoi certains animaux, comme la souris et l’éléphant, n’ont-ils pas de motifs ? Pourquoi y a-t-il des animaux à corps tacheté et à queue rayée mais jamais l’inverse, c’est-à-dire à corps rayé et à queue tachetée ?

Toutes ces questions ont aujourd’hui une réponse mathématique. Le modèle décrit la façon dont réagissent et se propagent sur la peau deux produits chimiques différents : un qui colore la peau et un qui ne la colore pas; ou plus précisément, un qui stimule la production de mélanine (colorant la peau justement) et un qui inhibe cette production.

Ce qui est remarquable, c’est que l’équation montre que les différents motifs de pelage dépendent seulement de la grosseur et de la forme de la région où ils se développent. Autrement dit, la même équation de base explique tous les motifs. Mais alors, pourquoi le tigre et le léopard ont-ils des motifs différents puisque leurs corps sont très similaires ? Parce que la formation des motifs ne se produirait pas au même moment durant la croissance de l’embryon. Dans le premier cas, l’embryon serait encore petit et, dans l’autre, il serait beaucoup plus gros.

tigre

Plus précisément, l’équation montre qu’il ne se forme pas de motif si l’embryon est très petit, qu’il se forme un motif rayé si l’embryon est un peu plus gros, un motif tacheté s’il est encore plus gros, et aucun motif s’il est trop gros. Voilà pourquoi la souris et l’éléphant n’auraient pas de motif.

De plus, à surfaces égales, la forme fait une différence. Ainsi, si on considère une certaine surface assez grosse pour permettre la formation de taches et qu’on lui donne une forme cylindrique et longue (comme une queue) sans changer son aire totale, alors les taches se transforment en rayures !

Ainsi, un unique système d’équation semble gouverner tous les motifs de pelage qu’on retrouve dans la nature. Le même genre d’équation permet aussi d’expliquer les motifs des ailes de papillon, ainsi que certains motifs colorés des poissons exotiques.

Mentionnons toutefois que les processus de diffusion chimique dont nous venons de parler (appelés mécanismes de réaction-diffusion) n’ont pas encore été directement observés sur la peau des animaux, bien que certaines évidences indirectes semblent confirmer leur présence. Les substances chimiques en question se trouveraient en effet dans l’épiderme ou juste en dessous, et il est très difficile de les détecter expérimentalement.

Pour l’instant donc, ce modèle reste un modèle, bien que de plus en plus de preuves indirectes semblent le confirmer. De toute façon, qu’un même modèle réussisse à expliquer presque toute la diversité et la richesse des motifs des animaux est sûrement le signe qu’il contient une bonne part de vérité.”

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