Morphologie fonctionnelle

La morphologie fonctionnelle s'interroge sur la fonction d'une structure et sur son mode de fonctionnement, interprétant la forme animale à travers la physique de l'alimentation, du mouvement et d'autres tâches, à la lumière de l'évolution.

Definition

La morphologie fonctionnelle est l'étude de la relation entre la structure d'un organisme ou de ses parties et les fonctions que ces structures remplissent, souvent analysée à l'aide des principes de la physique et de l'ingénierie et interprétée dans un contexte évolutif.

Scope

Ce domaine couvre l'analyse de la manière dont les structures anatomiques accomplissent leurs tâches, reliant la forme à la fonction et à l'environnement physique. Il aborde la biomécanique de l'alimentation, de la locomotion, du soutien et d'autres activités, le concept selon lequel une structure peut remplir plusieurs fonctions ou être un compromis entre des exigences concurrentes, ainsi que l'utilisation d'expériences, de modélisations et de comparaisons pour tester la relation entre la conception, la performance et, finalement, l'aptitude (fitness).

Core questions

• Comment une structure anatomique donnée remplit-elle sa fonction ?
• Comment les lois physiques contraignent-elles et façonnent-elles la conception animale ?
• Comment les exigences fonctionnelles concurrentes sont-elles résolues au sein d'une même structure ?
• Comment le lien entre la forme et la performance se rapporte-t-il à l'aptitude (fitness) et à l'évolution ?

Key theories

Lien forme-fonction-performance

La morphologie fonctionnelle relie la forme anatomique à la performance par la physique du fonctionnement des structures, et relie la performance à l'aptitude (fitness), fournissant une chaîne de raisonnement qui explique pourquoi les structures adoptent les formes qu'elles ont.

Correspondance multiple-à-une et compromis

Une structure peut remplir plusieurs fonctions et représenter un compromis entre des exigences contradictoires, et différentes conceptions peuvent atteindre la même performance, de sorte que la forme ne peut pas toujours être déduite d'une seule fonction.

Mechanisms

Les morphologistes fonctionnels considèrent les structures anatomiques comme des machines biologiques soumises aux lois physiques. Ils mesurent ou modélisent la manière dont une mâchoire transmet la force de morsure, comment une nageoire ou un membre génère une poussée, ou comment un élément squelettique résiste à la flexion, en utilisant la mécanique, la dynamique des fluides et la science des matériaux. La performance est évaluée expérimentalement, par imagerie à haute vitesse, mesure de force et modèles physiques ou computationnels, et les structures sont comparées entre espèces pour relier les différences de conception aux différences écologiques. Étant donné qu'une structure doit souvent remplir plusieurs fonctions et est contrainte par l'ascendance et le développement, sa forme reflète généralement un compromis plutôt qu'un optimum pour une tâche unique, et la même performance peut être atteinte par plus d'une conception.

Clinical relevance

La morphologie fonctionnelle est à la base de la biomécanique, de la reconstitution du comportement chez les animaux éteints, et de l'ingénierie et de la robotique bio-inspirées qui empruntent des solutions à la conception animale ; elle encadre également la manière dont l'anatomie est interprétée en physiologie comparative. Ceci est un contexte éducatif, et non un avis clinique.

History

Les travaux de D'Arcy Thompson au début du XXe siècle sur la croissance et la forme ont établi des liens explicites entre la structure biologique et les principes physiques et mathématiques. Des biologistes du milieu et de la fin du XXe siècle, tels que Karel Liem et Steven Vogel, ont développé la morphologie fonctionnelle et la biomécanique comparative en des domaines expérimentaux rigoureux, utilisant la physique pour expliquer comment les structures animales fonctionnent et comment elles évoluent.

Key figures

• D'Arcy Wentworth Thompson
• Karel Liem
• Steven Vogel

Seminal works

• liem2001
• vogel2013

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la morphologie fonctionnelle ?

C'est l'étude de la manière dont la forme des structures d'un animal est liée à ce que ces structures accomplissent, en utilisant les principes de la physique et de l'ingénierie pour comprendre comment l'anatomie réalise des tâches telles que l'alimentation et la locomotion.

Une structure peut-elle avoir plus d'une fonction ?

Oui. De nombreuses structures anatomiques remplissent plusieurs fonctions et représentent un compromis entre des exigences concurrentes, de sorte que leur forme reflète des rôles multiples plutôt qu'une optimisation parfaite pour une tâche unique.