Les structures de soutien chez les êtres vivants

Quelques mots sur le soutien, au sujet de quelques colles sur « les tissus à fonction de soutien ». Au delà de tous les classiques que vous connaissez fort bien, je voudrais revenir sur quelques idées complémentaires sur la notion de soutien en général ; pas uniquement sur cette colle de biologie végétale.

La turgescence des cellules.

C’est bien souvent la première forme de soutien, de squelette. Une herbe privée d’eau se ramollit, se flétrit… C’est à ne pas oublier. C’est insuffisant pour des organismes de grandes tailles, mais ça peut être utile. C’est valable tant pour les animaux que pour les végétaux. Chez les végétaux, la paroi cellulosique apporte une excellente résistance à la traction et donc autorise de fortes pressions de turgescence.

Le soutien par accumulation

C’est typique des tissus cellulosiques comme le collenchyme. La cellulose offre une bonne résistance à la traction, mais pas à l’écrasement. La cellulose est une matière assez souple (on en fait des textiles…), et il est difficile d’en faire des piliers. Mais de grandes quantités de cellulose (ou de quoi que ce soit d’autre) peuvent jouer un rôle de soutien. Ainsi en va-t-il du collenchyme, peu rigide, mais à paroi suffisamment épaisse pour conférer une forme de soutien à des herbacées.

Le soutien par un matériau incompressible. 

C’est là la solution des tissus lignifiés et de nombreuses pièces rigides des animaux (coquilles et squelettes).

La lignine est un polymère complexe, avec des liaisons covalentes nombreuses et multiramifiées… c’est donc un solide assez peu déformable. De plus, cette lignine imprègne une matrice cellulosique en en remplissant tous les vides, ce qui forme une structure incompressible.

Le tissu osseux est formé de fibres collagène très organisées, l’ensemble étant imprégné de cristaux d’hydroxyapatite (phosphate de calcium) et de carbonate de calcium. Cette imprégnation donne de l’incompressibilité à l’os qui, sans cela, reste assez souple (voir les cas de rachitisme).

La nature calcaire des coquilles des mollusques répond à la même problématique.

Le soutien par une organisation géométrique particulière. 

La forme d’un tissu de soutien n’est pas innocente, au contraire. Regardez autour de vous les formes des poutres, des piliers, des poteaux. Les systèmes biologiques optimisent aussi le soutien par le recours à des formes optimales. Le plus typique est le tube. Regardez les pieds de vos tables et de vos chaises au lycée : ce sont des tubes. Cette structure offre une bonne rigidité. Avec la même quantité d’acier, on pourrait faire une tige très fine d’acier plein, mais ça ne ferait pas un bon pied de chaise. En fabriquant un tube, on obtient une bien meilleure structure. Un chaume de graminée est exactement construit sur ce principe : un tube creux, soutenu en périphérie par un cylindre de sclérenchyme. Le plus bel exemple est le bambou.

Un os long, avec sa cavité médullaire répond aux mêmes exigences, de même que tous les articles des Arthropodes.

Une autre organisation particulière est celle du « tronc » des palmiers. Ces monocotylédones (donc, grossièrement, des herbes) parviennent à s’élever en accumulant des bases foliaires. C’est une autre forme du soutien par accumulation.

Enfin, l’importance de la structure se retrouve dans ce qu’on nomme « bois de réaction ». Les troncs ne sont pas toujours verticaux, et de nombreuses branches sont obliques ! La symétrie cylindrique classique d’un tronc n’est alors peut-être pas adaptée, si l’on songe que les forces subies n’ont pas cette symétrie. Une « bascule » lors de la vie d’un arbre et ses conséquences sur l’organisation du bois permet de le démontrer : les cernes sont plus épais d’un côté que de l’autre. A noter également que les Angiospermes ne réagissent pas comme les Coniférophytes. Bois de tension chez les Angiospermes, bois de compression chez les Coniférophytes.

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2 Commentaires

  1. Bonjour,

    Chercheur en biomécanique des plantes, je suis tombé un peu par hasard sur votre site https://brunoanselme.wordpress.com/2012/02/07/les-structures-de-soutien-chez-les-etres-vivants/
    .

    Je voulais d’abord vous dire que cela m’a fait très plaisir de voir que dans les meilleures prépas BCPST on enseigne les structures assurant la fonction de soutien dans le vivant avec i) une attention aux différentes échelles d’organisation structurales contribuant à cette fonction (sans se limiter à la seule échelle de la paroi ou au cytosquelette) et ii) une importance égale accordée aux animaux (mammifères …) et aux végétaux et un soucis comparatif.. .

    Par ailleurs, j’ai été content aussi de voir que les bois de réaction étaient présentés.

    A ce propos, je voulais toutefois vous signaler que les bois de réaction ne participent pas directement à la fonction squelettique (ou du moins pas plus que le bois « normal »). Comme vous l’expliquez très clairement, leur fonction spécifique est de permettre la réalisation de mouvement (par exemple gravitropique). Ils ressortent donc de la motricité. Le fait qu’on ait envie de les faire figurer dans la fonction de soutien vient de leur implication dans la fonction d’équilibration des arbres (on pourrait parler de « maintien » actif ou de contrôle postural) qui mobilise rigidité et motricité (contrôlée). Par ailleurs les végétaux réalisent les fonctions de soutien (rigidité) et de mouvement (motricité) au moyen des mêmes tissus ( primaires et secondaires) rigides, alors que beaucoup d’animaux ont des tissus squelettiques et moteurs (musculaires) très différentiés, avec en particulier de tissus moteurs mous. On a donc un tendance zoocentrée à associer tissus rigides à soutien et tissus mous à morticité. Enfin l’absence de locomotion chez la plupart des végétaux, et le lien entre croissance et motricité dans la plupart des cas, amène souvent à négliger (à tort) la motricité végétale.

    Si cette question vous intéresse vous pouvez consulter le site Web de la prochaine conférence internationale de Biomécanique des plantes https://colloque4.inra.fr/pbm2012 (et en particulier les fiches d’enseignement présentées à https://colloque4.inra.fr/pbm2012/Home-page/News/Pour-les-Francophones-et-le-Grand-Public ) ainsi que les publications listées à la fin de ce message ( les deux premières de vulgarisation, les deux autres étant des synthèse scientifiques récentes sur le thème)

    Et bien sûr je suis à votre disposition si vous souhaitez que nous en parlions.

    Bien cordialement

    Dr Bruno MOULIA
    Directeur de Recherches
    MECA group
    UMR INRA-UBP 547 PIAF
    Physique et physiologie Intégratives de l’Arbre Forestier ou Fruitier
    (Integrative Physics and Physiology of Trees)

    INRA, Site de Crouël
    Chemin du grand Crouël
    234 avenue du Brézet
    F-63100 Clermont-Ferrand Cedex 02
    FRANCE

    Tel : +33(/0) 473 62 44 74
    FAX : +33(/0) 473 62 44 54
    http://www2.clermont.inra.fr/piaf/eng/about/staff/meca/index.htm

    MULLER X. 2007 Les arbres possèdent un vrai sens de l’équilibre (interview de B Moulia, Inra Clermont Ferrand France) . Science & Vie 1077 : 82-86
    FOURNIER M., MOULIA B., GRIL J. 2008 Comment les arbres tiennent debout : la biomécanique In Hallé F et al. Aux Origines des Plantes,Tome 1 Chapitre 7. Fayard/Arthème. (Paris, France) Pp 228-239

    MOULIA B., COUTAND C., LENNE C. – 2006. Posture control and skeletal mechanical acclimation in terrestrial plants. Consequences for the biomechanical modelling of plant architecture (Invited review). Am J Bot, 93 (10) 1317-1329.
    MOULIA B. , FOURNIER M. 2009 The power and control of gravitropic movements in plants: a biomechanical and system biology view. Journal of Experimental Botany (Darwin series invited review) 60:461-486

    Répondre
  2. Bonjour,
    Merci de ce commentaire qui éclaire mieux que je ne l’ai fait la mobilité des végétaux.
    Ce commentaire m’inspire d’ailleurs peut-être un futur billet sur ce zoocentrisme dont nous sommes bien souvent victimes ; on ramène fréquemment l’image d’une fonction à un organe… animal. Et l’équivalent végétal, le plus souvent, n’existe pas, ou bien est plus compliqué, ou bien masqué par une autre fonction. D’où ces confusions. Votre commentaire illustre parfaitement cette intrication très « végétale » de fonctions (croissance, mobilité, soutien) qui, chez l’animal sont nettement disjointes.
    Bruno Anselme

    Répondre

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