Pourquoi les coquilles de gastéropodes ont-elles cette forme ? – Sciences et avenir › Geeky News

Les coquilles des gastéropodes, appelés aussi gastéropodes, se présentent très souvent sous la forme dite « hélicospirale », elles sont d’une grande beauté et particulièrement reconnaissables. Mais la forme typique de cette classe de mollusques ne fait pas exception, comme l’explique Régis Chirat à Sciences et Avenir, premier auteur d’une étude publiée le 30 novembre 2021 dans la revue PNAS et professeur à l’Université de Lyon 1 mécanisme qui forme des bobines se trouve dans d’autres éléments des êtres vivants, tels que le cordon ombilical ou la forme hélicoïdale de l’ADN.

L’explication mathématique avait été donnée. Pas la biologie

Mais si les diverses formes de ces coquilles avaient déjà été décrites sous forme d’équations mathématiques, l’explication biologique restait à découvrir. « Les premières descriptions mathématiques ont été proposées au début du XIXe siècle, et comme les différentes formes pouvaient être simulées sur ordinateur, jusqu’à présent on ne connaissait pas le moteur biologique pour les former », détaille M. Chirat.

Connus depuis l’explosion cambrienne il y a 540 millions d’années, tous les gastéropodes sécrètent leur coquille dès leur ouverture. Mathématiquement, cette couche peut être décrite comme une « hélice dessinée sur un cône, dont la projection bidimensionnelle à la base du cône est une spirale logarithmique », explique Régis Chirat. Mais pour la première fois, les chercheurs proposent en plus de cette description « le mécanisme biologique qui en est à l’origine », détaillé par l’étude dans son intégralité.

De l’ammonite aux escargots, un mécanisme commun

S’appuyant d’abord sur l’étude des ammonites, ces céphalopodes aujourd’hui disparus, les auteurs ont commencé leurs recherches. En effet, celles-ci avaient, pour la plupart, des coquilles dites « planispiralées », c’est-à-dire formant une spirale enroulée dans un plan. Mais dans quelques rares cas, seulement 1% des ammonites selon l’étude, la coquille prenait une forme proche de celle des gastéropodes, une forme hélicospirale. Enfin, dans des cas encore plus rares, elle a pris une forme beaucoup plus sournoise. « Nous nous sommes d’abord intéressés aux ammonites, en particulier à l’ammonite Nipponites mirabilis, une espèce dont la forme est très étrange et que l’on ne trouve pratiquement qu’au Japon », explique R. Chirat.De rares ammonites hétéromorphes ont sécrété des coquilles asymétriques parfois similaires à celles des gastéropodes. A. Coquille hélicoïdale, Turrilites costatus, France. B. Coquille hélicospiralisée en tours internes puis planispirée, Colchidites breistrofferi, Colombie. C. Coquille hélicospirale et plus tard planaspirée, Didymoceras stevensoni, États-Unis D. Coquille serpentine de Nipponites mirabilis, Japon (barre d’échelle : 10 mm). Crédits : Chirat R., Goriely A. et Moulton DE

Les chercheurs ont ensuite tenté de comprendre comment une telle forme pouvait se développer. « La question était de savoir comment une ammonite peut sécréter une coquille aussi complexe, d’apparence totalement anormale mais en fait suivant des règles mathématiques très précises. Plusieurs indices ont montré que c’était le corps qui gouvernait le chemin suivi par l’ouverture, puis petit à petit je comprends que cette règle s’applique aussi bien aux ammonites qu’aux gastéropodes », explique R. Chirat.

Les scientifiques ont ainsi découvert que tout se développe lors de la croissance des mollusques : la coquille est sécrétée à son ouverture et s’enroule au fur et à mesure de sa croissance. Mais la façon dont il est positionné, qui lui donnera ensuite sa forme définitive, dépend de l’orientation et de la déformation du corps du mollusque à l’intérieur de la coquille.

Un enjeu, minimisant l’énergie élastique

Pour simuler ces différentes règles de croissance possibles, les chercheurs ont modélisé le corps du mollusque à l’aide de deux tiges élastiques, une pour la face ventrale et une pour la face dorsale, tandis que la coquille, représentée en vert, entoure les deux tiges.

Selon la torsion que subiront les tiges au fur et à mesure de leur croissance, la coquille prendra des formes différentes, expliquant les trois types de coquilles possibles : planispirale (comme la plupart des ammonites), hélicospirale et moyenne. Crédits : PNAS / Chirat R, Goriely A & Moulton D.E

Ce sont alors les sollicitations auxquelles sont soumises ces tiges qui définissent l’orientation du bord de la coque en croissance. « Tout est question de minimiser l’énergie élastique : on modélise le corps du mollusque avec deux tiges, une pour la partie ventrale et l’autre pour la partie dorsale, puis la coquille qui entoure les deux tiges. Ensuite, nous calculons les contraintes. La mécanique qui s’applique à chaque région puis la configuration qui détermine l’énergie élastique minimale du système est déterminée », explique Régis Chirat.

Mais pourquoi ces tours du corps du mollusque ?

Par conséquent, différentes formes sont possibles, qui dépendent finalement de peu de paramètres. « Chez les gastéropodes, le corps est asymétrique, d’où la couche hélicospirale. Alors que pour les ammonites, le mécanisme est différent car leur corps présente une symétrie bilatérale. La réponse a été trouvée dans le découplage de la croissance », détaille Régis Chirat.

Par conséquent, c’est un taux de croissance différent entre le corps du mollusque et la coquille qui induit une torsion axiale du corps du mollusque, qui à son tour provoque une rotation du bord de croissance, générant une coquille hélicoïdale, voire serpentine. « C’est un retour permanent : le corps commande le parcours suivi par l’ouverture, mais en retour la coquille déjà sécrétée impacte la mécanique du corps incluse dans son intérieur », conclut R. Chirat.

Quant à l’asymétrie des gastéropodes, c’est en fait une de leurs propriétés intrinsèques : « Chez les gastéropodes, les asymétries s’établissent dès les premiers stades de développement, lors des premières divisions cellulaires », explique R. Chirat. « Il existe cependant certains gastéropodes qui ont une carapace symétrique, comme les patelles chinoises en forme de chapeau, mais leur musculature est symétrique, et notre étude suggère justement que c’est ce développement asymétrique ou symétrique des muscles qui permet de comprendre le développement asymétrique. ou symétrique à la carapace ».