Pourquoi les grands animaux consomment-ils moins d’énergie et ont besoin de moins de nourriture que les petits ?
Les astronomes utilisent la physique pour percer les mystères de l’univers, et bien qu’elle puisse également être utilisée pour découvrir les secrets de la biologie, il y a des choses que la physique ne peut expliquer. Depuis des siècles, les biologistes se demandent pourquoi les grands animaux consomment moins d’énergie et ont besoin de moins de nourriture que les petits.
Par exemple, une énorme baleine à fanons peut vivre en consommant 5 à 30 % de son poids corporel en krill, alors qu’une minuscule musaraigne doit consommer trois fois son poids corporel chaque jour. Les précédentes études tentaient d’utiliser la physique et la géométrie, mais les scientifiques d’une nouvelle étude pensent que la réponse réside dans l’évolution. Leurs conclusions montrent que c’est ce qui maximise la capacité d’un animal à se reproduire.
La relation disproportionnée entre le métabolisme et la taille a été proposée pour la première fois il y a près de 200 ans. Le métabolisme est inefficace et produit de la chaleur utilisée par les endothermes pour se réchauffer et maintenir une température corporelle stable. Plus un animal est actif, plus son taux métabolique est élevé.
En 1837, les scientifiques français Pierre Sarrus et Jean-François Rameaux ont soutenu que le métabolisme énergétique devait être proportionnel à la surface plutôt qu’à la masse ou au volume du corps, car la quantité de chaleur qu’un animal peut dissiper dépend de sa surface. Après près de deux siècles, de nombreuses explications sont apparues pour expliquer l’échelle observée du métabolisme.
L’une de ces célèbres explications a été fournie par les chercheurs américains Geoff West, Jim Brown et Brian Enquist en 1997. Ils ont présenté un modèle qui décrit le transport physique de matériaux essentiels comme celui du système circulatoire. Leur modèle montre une base théorique et mécaniste de la façon dont la taille du corps affecte tous les aspects de la biologie.
Les deux modèles sont philosophiquement similaires, car ils tentent d’expliquer les modèles biologiques sur la base de contraintes physiques et géométriques.
Il semble difficile de défier les lois de la physique en matière de biologie. Cependant, l’évolution a remarquablement trouvé de nouveaux moyens de surmonter les contraintes de la physique et de la géométrie.
Dans leur nouvelle étude (lien plus bas), les chercheurs révèlent ce qui arrive au taux métabolique et à la taille si les contraintes physiques et géométriques sont ignorées.
Ils ont mis au point un modèle mathématique qui montre comment les animaux utiliseraient l’énergie tout au long de leur vie et ils ont constaté qu’ils la consacreraient à leur croissance au cours des premières années, puis qu’ils dépenseraient leur énergie croissante à l’âge adulte pour reproduire leur progéniture.
A partir de l’étude : les animaux consacrent davantage d’énergie à la reproduction après avoir atteint la maturité. (Craig White et col./ Science)
Le modèle a été utilisé pour déterminer les caractéristiques des animaux afin d’augmenter leurs chances de réussir à se reproduire. Il montre que les animaux présentaient le même type d’échelle disproportionnée du métabolisme en fonction de la taille que dans la vie réelle.
Les scientifiques ont conclu que l’échelonnement disproportionné du métabolisme est dû à la sélection naturelle, car il est plus avantageux pour toute la vie pour la reproduction. Ces résultats montrent également que les scientifiques ont cherché des explications au mauvais endroit et que les possibilités offertes par l’évolution sont plus vastes que prévu.
L’étude publiée dans Science : Metabolic scaling is the product of life-history optimization et les chercheurs présentent leurs travaux dans un article de The Conversation : Why are bigger animals more energy-efficient? A new answer to a centuries-old biological puzzle.