Les serpents n’ont pas de membres, mais ils peuvent se « mettre debout » : on sait enfin comment

Un mystère biologique enfin résolu

C’est une énigme qui a longtemps intrigué les scientifiques : comment les serpents, et en particulier les serpents arboricoles, parviennent-ils à maintenir une grande partie de leur corps à la verticale sans l’aide de membres ? Des chercheurs viennent de percer ce secret. Leurs découvertes pourraient bien ouvrir la voie à des avancées majeures en robotique, notamment pour concevoir des robots capables de se faufiler dans des espaces extrêmement réduits.

Pour la plupart des animaux terrestres, les pattes sont si fondamentales qu’il semble presque paradoxal que certains serpents aient non seulement évolué pour s’en passer, mais qu’ils aient ensuite prospéré. L’absence de membres ne leur a visiblement pas nui. La preuve ? Certains semblent bien plus doués que de nombreux quadrupèdes pour se tenir droits.

Plus qu’une question de muscles, un défi d’équilibre

L. Mahadevan, professeur à Harvard, a compris que le véritable défi n’était pas seulement musculaire. Maintenir 70 % de son corps à la verticale, sans aucun appui, est avant tout un problème d’équilibre. Cela exige une rétroaction proprioceptive remarquable, c’est-à-dire la capacité de sentir précisément où se trouvent les différentes parties de son propre corps dans l’espace. Pour explorer cette question, le professeur Mahadevan a réuni une équipe pluridisciplinaire.

Le chercheur résume lui-même la portée de leurs travaux. « Pour certains, c’est peut-être la matière des cauchemars, mais nous avons maintenant analysé, mathématiquement et physiquement, la physique cachée et les stratégies de contrôle qui permettent aux serpents de défier la gravité », a-t-il déclaré dans un communiqué.

Cette capacité à se redresser avant de frapper est partagée par la plupart des espèces du sous-ordre des serpents, à l’exception possible des serpents marins. Mais ce sont les serpents arboricoles qui en ont fait un art, pour une tout autre raison. Il est une chose de se mettre à la verticale avec le support d’un arbre ; c’en est une autre de se déplacer de branche en branche, en montant comme en descendant. Les serpents bruns arboricoles, tout comme les pythons juvéniles, peuvent ainsi projeter plus des deux tiers de leur corps dans les airs.

La technique de la « couche limite »

Pour comprendre le mécanisme, l’équipe a filmé trois serpents bruns arboricoles (Boiga irregularis) et un python améthyste (Simalia amesthistina) se déplaçant entre différentes plateformes. Celles-ci étaient volontairement fines pour que les animaux puissent s’y agripper. Grâce à des caméras capables d’observer leurs mouvements en détail, les scientifiques ont fait une découverte clé : les serpents ne raidissent pas tout leur corps comme on pourrait s’y attendre.

Au lieu de cela, ils créent une zone spécifique près de leur point d’appui, une sorte de « couche limite » où toute la force musculaire est concentrée. Tant que la partie supérieure du corps reste presque parfaitement verticale, la gravité n’applique pas de couple, c’est-à-dire qu’elle ne tire pas l’avant du serpent vers le bas. Le corps lui-même empêche l’animal de s’effondrer sur lui-même.

Cette technique ne fonctionne cependant que si le serpent maintient une posture d’une droiture impeccable, une posture qui ferait la fierté d’un professeur de maintien de l’époque victorienne. La modélisation a d’ailleurs révélé une chose surprenante : maintenir cette stabilité sur la durée est bien plus exigeant pour le serpent que le simple fait de soulever son corps au départ.

La stabilité, véritable clé de la hauteur

Les auteurs de l’étude, publiée dans The Royal Society Interface, l’affirment clairement : « C’est la stabilité qui limite la hauteur maximale de la posture dressée ». Ils reconnaissent toutefois que des mesures supplémentaires sont nécessaires pour le prouver définitivement. D’un point de vue musculaire, la technique de la couche limite est très efficace, mais elle repose sur une proprioception excellente.

Dès que le serpent commence à basculer dans une direction, il doit le sentir immédiatement et se corriger. Fait intéressant, les auteurs notent des preuves que certains serpents peuvent se maintenir à la verticale dans l’obscurité totale. Cela suggère que la vision pourrait ne pas être essentielle à ce processus. Comment savent-ils alors quels muscles contracter ? L’équipe a exploré deux modèles mathématiques.

Le premier repose sur un raidissement localisé, tandis que le second implique une coordination de l’ensemble du corps. En théorie, la coordination globale est beaucoup plus efficace en termes d’effort. Mais même avec cette efficacité, l’opération reste complexe. Le balancement constant observé chez les serpents lorsque leur corps est étiré au-delà d’un point de confort en est la preuve.

Des robots explorateurs aux dispositifs médicaux

Au-delà de la simple curiosité biologique, ces travaux pourraient avoir des applications très concrètes. Les leçons tirées de l’étude pourraient s’avérer utiles pour les robots serpentiformes, comme celui que la NASA a présenté comme un explorateur potentiel pour Europe et d’autres lunes glacées du système solaire. Ces machines sans membres pourraient ainsi se glisser là où rien d’autre ne peut aller.

L’équipe espère même que des dispositifs médicaux pourraient un jour bénéficier de ces principes. Le premier auteur de l’étude, le Dr Ludwig Hoffmann, entrevoit un futur prometteur. « En concentrant le contrôle là où il est important, les ingénieurs pourraient apprendre à construire des machines à la fois efficaces et résilientes », explique-t-il. Une nouvelle illustration de la façon dont la nature peut inspirer les technologies de demain.

Selon la source : iflscience.com