Pour La Science # 526, August 2021

Les taches de la robe du jaguar, les rayures du zèbre ou celles du poisson-clown, les carapaces en damier de certaines tortues, les spirales des coquillages, l’architecture arborescente des poumons, la mosaïque de couleurs du plumage du paon… : le monde vivant présente une variété quasi infinie de structures remarquables par leur ordre spatial. Ces motifs suscitent le plaisir des yeux, mais aussi l’étonnement et la curiosité. Comment se forment-ils ? Comment expliquer leur diversité à travers le vivant ? Et leur constance au sein d’une même espèce ?

Les scientifiques se posent ces questions depuis longtemps. Il a fallu attendre le xxe siècle pour qu’ils obtiennent de premiers éléments de réponse. On peut d’abord d’évoquer D’Arcy Thompson : dans son ouvrage On Growth and Form (1917), ce biologiste et mathématicien écossais soulignait l’importance des lois de la physique et de la mécanique pour comprendre les formes rencontrées chez les organismes vivants et leur genèse.

Il fallait cependant aller au-delà des analogies et des concepts descriptifs. Ce qui n’est advenu que dans les années 1950 avec le modèle proposé par le mathématicien britannique Alan Turing. Ce modèle et ses variantes ultérieures fournissent un mécanisme d’« autoorganisation », où des motifs stables peuvent émerger spontanément dans un système initialement homogène, à partir d’interactions locales des composants du système.

Une autre théorie, bien différente, a été proposée en 1976 par Lewis Wolpert, un biologiste d’origine sud-africaine. Selon cette approche, dite de l’« instruction », des signaux externes auxquels réagissent les composants du système sont responsables de la structuration de celui-ci.

Du modèle de l’autoorganisation ou de celui de l’instruction, lequel est le plus pertinent ? Comme nous l’explique Marie Manceau, biologiste au Collège de France, chacun a ses forces et ses faiblesses ; mais la conclusion à laquelle conduisent les travaux sur les plumages des oiseaux, et qui s’applique probablement à bien d’autres motifs du monde animal, peut surprendre. Je vous laisse la découvrir !