Une colonne thoracique incroyablement flexible et une colonne lombaire plus rigide seraient ce qui permettrait aux chats de presque toujours retomber sur leurs pattes, selon une étude japonaise. Se mouvant différemment pendant la chute, les différentes parties de la colonne permettraient à ces animaux de donner l’impression de défier les lois de la physique en effectuant une manœuvre aérienne complexe les protégeant de blessures potentiellement graves.
La manière dont les chats parviennent presque toujours à atterrir sur leurs pattes lorsqu’ils tombent fascine les scientifiques depuis plus d’un siècle. Connu des physiciens sous le nom de « problème du chat qui tombe », les mouvements dotant les chats de cette capacité remarquable sont étudiés depuis les années 1890.
En 1894, le physiologiste français Étienne-Jules Marey a par exemple utilisé les premières techniques de photographie à haute vitesse pour immortaliser un chat se tordant en plein vol afin de retomber sur ses pattes. Ses images montraient un chat amorçant sa chute sans rotation, mais se réorientant rapidement avant d’atterrir – contredisant apparemment la loi de conservation du moment cinétique. Cette loi stipule en effet qu’un objet en suspension dans l’air ne devrait pas pouvoir pivoter sur lui-même sans interaction externe.
Ce n’est que dans les années 1960 que des mathématiciens ont démontré qu’un chat peut se réorienter en plein vol en faisant pivoter différentes parties de son corps les unes par rapport aux autres, ce qui lui permet de tourner tout en conservant son moment cinétique. Cependant, les études de ces mouvements se sont jusqu’ici principalement concentrées sur leurs aspects mathématiques et physiques. Les mécanismes anatomiques et physiologiques sous-tendant ces mouvements complexes restent, eux, très peu étudiés.
Pour explorer la question, des chercheurs de l’Université de Yamaguchi, au Japon, ont analysé en détail les mouvements et la flexibilité de la colonne vertébrale du chat. « Les chats sont réputés pour leur capacité à se redresser en l’air, se réorientant efficacement pour retomber sur leurs pattes. Cependant, les mécanismes moteurs impliqués dans ce redressement restent mal compris », explique l’équipe dans l’étude publiée récemment dans la revue The Anatomical Record.
Une colonne vertébrale flexible en haut et rigide en bas
Afin de décrypter la capacité de redressement des chats, les chercheurs ont d’abord étudié les colonnes vertébrales provenant de cinq dons de cadavres. Ils ont séparé la région thoracique (milieu du dos, associée aux côtes) de la colonne lombaire (le bas du dos) et ont soumis ces deux parties à des tests mécaniques de torsion afin de mesurer leur flexibilité, leur force et leur résistance à la rotation.
L’équipe a également utilisé des caméras à grande vitesse pour capturer les mouvements de deux chats en bonne santé lorsqu’ils se laissaient tomber au-dessus d’un coussin moelleux. Des marqueurs de mouvement ont été placés sur leurs épaules et leurs hanches afin de suivre les déplacements des différentes parties de leurs corps.
(a) Séquence d’images représentative illustrant la rotation séquentielle des troncs antérieur et postérieur sans contre-rotation lors du redressement aérien. Dans cette séquence, un chat pivote vers la droite. (1) Les faces dorsales des troncs antérieur et postérieur sont initialement orientées vers le bas. (2) Lors du lâcher, le tronc antérieur s’oriente latéralement, tandis que le tronc postérieur reste orienté vers le bas. (3) Le tronc antérieur s’oriente vers le haut, indiquant que sa rotation est terminée, tandis que le tronc postérieur s’oriente latéralement. (4) Les troncs antérieur et postérieur sont tous deux orientés vers le haut, indiquant la fin de la rotation du tronc postérieur. © Yasuo Higurashi et al.Les chercheurs ont constaté que la colonne vertébrale des chats est flexible mais de manière non uniforme. Les différentes parties bougent de manière distincte, permettant à l’animal d’atterrir sur ses quatre pattes. La colonne thoracique est incroyablement flexible et comporte une zone neutre permettant une amplitude de mouvement où elle peut pivoter presque librement sur près de 47° avec un minimum d’effort. En revanche, la colonne lombaire est beaucoup plus rigide et semble plutôt jouer un rôle de stabilisateur.
« La région thoracique présentait une zone neutre de 47°, contrairement à la région lombaire. Lors du redressement aérien, la rotation antérieure du tronc s’achevait avant la rotation postérieure », écrivent les chercheurs. Autrement dit, le chat pivote d’abord sa tête et ses pattes avant vers le sol, car sa colonne thoracique est plus flexible et l’avant de son corps est plus léger. L’arrière du corps suit ensuite automatiquement : la colonne lombaire lui sert alors d’ancrage et lui permet de pivoter instantanément sans perdre le contrôle de l’ensemble du corps.
« Ces résultats suggèrent que la rotation du tronc lors du redressement aérien chez les chats se produit de manière séquentielle, le tronc antérieur tournant en premier, suivi du tronc postérieur, et que leur colonne vertébrale thoracique flexible et leur colonne vertébrale lombaire rigide en torsion axiale sont adaptées à ce comportement », indiquent les experts.
Mis à part une meilleure compréhension de l’anatomie exceptionnelle des félins, ces résultats pourraient aussi avoir des implications dans d’autres domaines. Les experts suggèrent qu’ils pourraient par exemple améliorer les modèles mathématiques du mouvement animal et aider les vétérinaires à traiter les lésions de la moelle épinière. Ils pourraient aussi potentiellement contribuer à la conception de robots plus souples et agiles.