Trois motifs de fibres musculaires à l'intérieur des troncs travaillent ensemble pour fournir la force, le soutien et la résistance nécessaires pour se plier et se tordre avec une agilité extrême.

Introduction

Sous le soleil brûlant, un éléphant d'Afrique plonge sa trompe tordue dans un trou d'eau et aspire de la boue. Des milliers de muscles guident sa danse délicate alors qu'il sonde dans tous les sens. Rempli d'eau boueuse - jusqu'à 3 gallons (12 litres) - il se balance au-dessus de la tête de l'éléphant et se courbe vers le haut pour qu'il puisse asperger son dos avec le mélange rafraîchissant.

En 1706, le chirurgien et anatomiste écossais Patrick Blair a décrit la musculature complexe de la trompe d'un éléphant, notant des motifs complexes de fibres musculaires qui permettent des mouvements aussi variés. "Et je pense que je peux avec raison faire une analogie entre lui et la langue", a-t-il écrit, car les troncs et les langues manquent d'os, ce qui permet à ces organes de se contorsionner dans presque toutes les directions.

Elephant spraying itself with mud.
Image: Andrew Riz / Utilisation gratuite et non commerciale

Les éléphants utilisent leurs trompes flexibles pour se vaporiser de la boue pour se rafraîchir, pour protéger leur peau du soleil et pour apaiser les piqûres d'insectes.

Sketch of an elephant’s skeleton
Image: Patrick Blaire /

Le croquis de Patrick Blair du squelette d'un éléphant illustre comment leurs trompes manquent d'os. © Bibliothèque d'images de la Royal Society, RS.18932  

La stratégie

La plupart des muscles ont besoin d'os pour les soutenir et d'articulations pour mettre en porte-à-faux leurs mouvements. Pour soulever votre avant-bras de votre côté, vous fléchissez vos biceps, ce qui fait tourner l'avant-bras sur la charnière de votre coude.

Les organes musculaires sans os ni articulations - comme les trompes d'éléphant, les langues de serpent et les bras de pieuvre - sont appelés hydrostats musculaires. Ils se soutiennent à la place avec un arrangement complexe de fibres musculaires. La caractéristique la plus importante des hydrostats, et ce qui leur permet de se déplacer sans os, est que le volume d'eau qu'ils contiennent reste constant. Une trompe d'éléphant est composée presque entièrement d'eau et de muscle (qui est lui-même principalement de l'eau). Parce que ce volume d'eau reste constant, lorsque l'éléphant déplace sa trompe dans une direction, il y aura automatiquement un changement compensatoire dans une autre direction.

Sketch of Muscle Fibers Inside an Elephant Trunk
Image : Inconnu / Copyright © - Tous droits réservés

Ce croquis montre des exemples de fibres musculaires longitudinales le long du haut du tronc ainsi que des fibres obliques qui s'inclinent par le bas. Une coupe transversale de ce tronc révélerait également des fibres perpendiculaires disposées radialement, mais celles-ci ne sont pas visibles sur ce croquis. (De la bibliothèque Ernst Mayr et des archives du Museum of Comparative Zoology, Harvard University)

Les fibres musculaires qui contrôlent ces mouvements sont disposées selon trois schémas : parallèles à la longueur de l'organe, perpendiculaires à sa longueur et enroulées obliquement sur sa longueur comme des rayures de canne à sucre. Dans la trompe d'un éléphant, chaque motif de fibre contrôle des actions spécifiques ou fournit le support nécessaire pour préserver sa forme générale.

Pour se plier, les fibres longitudinales à l'extérieur d'un tronc doivent se contracter et se raccourcir d'un côté. Mais pour éviter que le tronc ne se replie comme un tuyau pincé, les fibres perpendiculaires disposées radialement sur toute la section transversale doivent se tendre pour résister à la compression de la flexion.

Lorsqu'elles sont fléchies, ces fibres radiales forment une sorte de "joint" comme un anneau solide autour duquel le tronc peut se plier tout en gardant un diamètre constant. Parce que ces fibres s'étendent sur toute la longueur d'un tronc, un éléphant peut fléchir les muscles «anneaux» en de nombreux points, ayant effectivement une articulation mobile qui permet de se plier à presque n'importe quel endroit.

Les éléphants peuvent aussi tordre leur trompe parce que les fibres obliques s'enroulent comme autour d'eux. Si vous regardiez l'extrémité d'un tronc, certaines hélices s'enrouleraient dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d'une montre tandis que d'autres seraient à droite. Les différentes orientations de ces fibres permettent aux éléphants de tordre leur trompe dans les mouvements de la main gauche et de la main droite.

Science Magazine: Comment la trompe d'un éléphant peut être si forte et si douce

vignette vidéo

Le potentiel

Les troncs d'éléphants contiennent plus de 40,000 650 muscles tandis que les corps humains entiers en contiennent moins de 770. Les troncs peuvent soulever 350 livres (XNUMX kg) tout en ramassant une seule tortilla sans la casser (comme on le voit dans la vidéo ci-dessus).

Le domaine de la robotique a des applications infinies pour des mouvements forts et habiles. Des robots imitant les trompes d'éléphants ont déjà été développés pour saisir des objets fragiles ou servir de « troisième main » pour des applications médicales. Alors que les humains explorent Mars et d'autres corps célestes à la recherche de signes de vie extraterrestre, les rovers équipés de bras d'éléphants robotiques pourraient être assez forts pour dégager les rochers des voies tout en étant assez agiles pour nettoyer délicatement les objets à la recherche de bactéries.

Innovations connexes

Dernière mise à jour le 31 mai 2021