Comment volent les oiseaux? Une démonstration pratique Teach article

Traduit par Mehdi Khadraoui. Disséquez un poulet de supermarché pour découvrir le système de poulie inhabituel qui permet aux oiseaux de voler.

TTstudio / Shutterstock.com

De nombreux biologistes peuvent regarder un animal, mort ou vif, et apprendre comment il fonctionne. Au cours des dernières décennies, des dissections complètes de rats, de grenouilles et de vers de terre ont permis d’en apprendre davantage sur l’anatomie.

De nos jours, les étudiants se soucient de savoir s’il est éthiquement acceptable de tuer des animaux uniquement pour les disséquer et les étudier. Les dissections se font de moins en moins dans les écoles, et encore plus rarement sur des animaux entiers – ce sont plutôt des organes individuels comme le cœur qui sont utilisés. De plus, la viande se vend de plus en plus pré-préparée, pour minimiser le temps passé aux fourneaux. Beaucoup d’enfants grandissent sans voir leurs parents préparer un poulet, un lapin ou d’autres animaux entiers. Ainsi, les étudiants d’aujourd’hui approchent la dissection avec moins d’expérience et une réticence plus prononcée que jamais auparavant.

Cela dit, le vertébré terrestre le plus vendu sous forme entière comme nourriture est probablement le poulet, et il est ainsi l’animal d’élevage que les étudiants connaissent le mieux. Même sans ses organes internes, le poulet procure une excellente introduction à la dissection.

Les muscles du vol chez les oiseaux

Le vol des oiseaux a toujours fasciné les humains. Nos bras ont les mêmes os que les ailes d’oiseau, et de nombreux muscles en commun. Pourtant, nous ne pouvons que battre des bras et imaginer nous envoler. Léonard de Vinci, par exemple, était fasciné par la possibilité de faire voler l’être humain, et avait une passion pour l’étude du vol des oiseaux et la mécanique du corps humain. Il a produit d’innombrables croquis annotés des épaules et des bras, et comment ils s’attachent au torse. Mais lorsqu’il a étudié la structure de l’aile d’un oiseau, il ne l’a dessinée que jusqu’à l’articulation de l’épaule. Il s’est arrêté juste au moment où les choses devenaient intéressantes : les connections entre l’aile et les muscles qui la font battre.

Le premier objectif de cette activité est de montrer les deux muscles les plus importants pour faire battre les ailes des oiseaux, et de démontrer comment ils fonctionnent. Étonnamment, bien que la structure des ailes de poulet et les muscles qui les font battre sont connus de tous les non-végétariens, il est rare que quelqu’un fasse le lien entre les deux, puisque les ailes et la poitrine sont souvent mangées séparément. Le deuxième objectif de cette activité est que les élèves se familiarisent avec le processus scientifique et la valeur scientifique des dissections en général. Les dissections permettent de comprendre comment les organismes vivants fonctionnent.

Cette activité pourrait être utilisée dans un cours de biologie sur le vol d’oiseau ou la locomotion, ou pour illustrer un cours de physique sur les forces. Elle pourrait aussi faire partie d’un cours sur l’évolution – expliquant la raison pour laquelle nos bras sont si similaires à des ailes d’oiseau – ou sur les organismes modèles – expliquant comment les poulets peuvent être utilisés pour comprendre le développement des membres chez l’être humainw1.

Selon l’âge et l’aptitude des élèves, ils peuvent effectuer la dissection eux-mêmes, ou l’enseignant(e) peut en faire une démonstration.

Matériel

  • Un poulet plumé (voir ci-dessous)
  • Un couteau aiguisé ou un scalpel
  • Une broche en bambou ou en métal
  • Des gants

Plus le poulet est complet, plus la démonstration sera intéressante. Dans certains pays européens, les poulets plumés sont disponibles dans les supermarchés avec la tête, le cou, les pattes et les organes internes (abats) intacts. Les enseignants peuvent poursuivre la dissection avec d’autres organes s’ils le désirent. Sinon, un poulet de supermarché emballé comme on en vend au Royaume Uni sans pieds, sans cou et sans abats se prête parfaitement à la démonstration décrite ici. Nous encourageons les enseignants à acheter des poulets biologiques élevés en plein air.
 

Consigne de sécurité 

Cette démonstration comporte les risques associés (1) aux bactéries présentes sur la volaille crue telles que les salmonelles et listérias, et (2) à l’utilisation de couteaux aiguisés ou de scalpels. Les enseignants devront suivre les consignes de sécurité locales. Des gants devraient être portés pour réduire le risque de contamination, mais ne remplacent pas un lavage des mains rigoureux après la dissection. Voir également la consigne de sécurité générale.

Méthode

  1. Avant de commencer la dissection, identifiez les homologies (similarités héritées d’un ancêtre commun) entre les ailes de poulet et le bras humain.

    Les élèves verront les similarités entre les caractéristiques anatomiques humaines – l’os unique du haut du bras (humérus), le coude, les deux os de l’avant-bras (radius et ulna), le poignet et tous ses os, et la main avec un pouce – et leurs équivalents dans l’aile de poulet (figure 1).

Figure 1 : Diagramme de la structure squelettique (jaune/orange) et de la musculature (rose/rouge) de l’aile d’un oiseau, montrant A : coracoïde ; B : humérus ; C : radius ; D : ulna ; E : clavicule (ou fourchette) ; F : muscle supracoracoïdal ; G : muscle pectoral ; H : bréchet
L Shyamal / Wikimedia Commons
 
  1. Étirer l’aile en y insérant une broche (figure 2). Cela maintient les os de l’aile dans la position qu’ils prendraient en vol. Nous avons aussi attaché une plume à la broche pour montrer l’envergure du poulet.

    Expliquez aux étudiants que chez l’être humain, les muscles qui bougent les bras vers le bas sont les muscles pectoraux, alors que ceux qui agissent lors d’un mouvement vers le haut sont les muscles du dos. Chez les oiseaux, les deux ensembles de muscles se trouvent dans la poitrine. Les muscles sont faciles à identifier, même sur des poitrines de poulet en filets – le muscle pour le mouvement vers le bas est le plus gros muscle pectoral externe, et le muscle pour le mouvement vers le haut est le supracoracoïdal vers l’intérieur (figure 3). Ce muscle plus petit est souvent vendu sous le nom d’aiguillette (figure 4). L’action antagoniste de ces deux muscles sur l’aile (l’action d’un muscle s’oppose à celle de l’autre) sera illustrée plus bas.
     

Figure 2 : L’aile est étirée en utilisant une brochette en bambou.
Edmond Hui
Figure 3 : La poitrine d’un poulet consiste en un grand muscle pectoral (P) et un muscle supracoracoïdal plus petit (S).
Edmond Hui
Figure 4 : Le muscle supracoracoïdal (S), attaché au muscle pectoral (P).
Edmond Hui
 
  1. Retirez la peau de la poitrine du poulet (figure 5). Identifiez le muscle pectoral gauche (plus simple si le préparateur/la préparatrice est droitier/droitière). Notez qu’il est non seulement attaché au bréchet, mais aussi dorsalement à la structure des côtes et antérieurement à la clavicule (ou fourchette) (figure 1).
  1. En utilisant le couteau, séparez le muscle pectoral du bréchet, des côtes et de la clavicule, en faisant bien attention à l’extrémité antérieure (figure 6). Laissez le muscle attaché à l’humérus. Notez que tirer sur le muscle pectoral fait bouger l’aile vers le bas.
     
Figure 5 : La peau est séparée du muscle pectoral gauche (P). A : antérieur ; D : dorsal ; P : postérieur ; V : ventral
Edmond Hui
Figure 6 : Le muscle pectoral (P) est séparé du bréchet et bougé latéralement pour dévoiler le muscle supracoracoïdal (S) en-dessous.
Edmond Hui
 
  1. Retournez le muscle pectoral (figure 7) et séparez le muscle supracoracoïdal du bréchet (figure 8). Remarquez qu’il se termine en un tendon qui disparaît antérieurement sous l’os coracoïde (figure 9). Expliquez que ce tendon est inséré dorsalement dans l’humérus, ayant passé autour de la « poulie » ou canal courbe dans l’os coracoïde.
     
Figure 7 : Le muscle pectoral (P) est retourné pour exposer le muscle supracoracoïdal (S).
Edmond Hui
Figure 8 : Le muscle pectoral (P) et le muscle supracoracoïdal (S), qui est séparé du bréchet.
Edmond Hui
Figure 9 : Le tendon supracoracoïdal (T) disparaissant sous l’os coracoïde (B). S : muscle supracoracoïdal.
Edmond Hui  
  1. Tenez le muscle pectoral dans la main gauche et le muscle supracoracoïdal dans la main droite (figure 10). Maintenez le poulet sur la table avec la paume de la main. Tirez le pectoral en direction du ventre et notez que l’aile bat vers le bas. Tirez le supracoracoïdal en direction du ventre et notez que l’aile bat vers le haut (figure 11). Avec un peu de pratique, les deux muscles peuvent être tirés l’un après l’autre en rythme pour produire un mouvement de battement d’aile continu (voir vidéo ci-dessous).

 

Figure 10 : L’aile est prête à être tirée vers le bas.
Edmond Hui, Faye Blackshaw, Alma Talbot
Figure 11 : Tirer le muscle pectoral en direction du ventre résulte en un battement vers le bas.
Edmond Hui, Faye Blackshaw, Alma Talbot
 

Les étudiants devraient avoir l’opportunité d’essayer – en tirant sur le muscle pectoral et le muscle supracoracoïdal, ils auront une meilleure idée de la force nécessaire à battre des ailes en vol. Il est également remarquable de voir que les muscles qui bougent l’aile vers le haut et vers le bas sont tous deux sous l’aile. Cela semble contre-intuitif parce que les muscles responsables du « battement vers le haut » humain sont localisés dans le dos, et non dans la poitrine.

Activités supplémentaires

La dissection peut se poursuivre et toucher au reste de l’anatomie du poulet, selon l’état de votre spécimen. Par exemple :

  • Retirez le muscle pectoral complètement et suivez le tracé du tendon supracoracoïdal autour de l’articulation de l’épaule, dévoilant la « poulie » ou canal dans lequel le tendon se trouve (figure 12).
Figure 12 : L’épaule est désarticulée et l’aile (W) est dans la position la plus élevée. Le tendon supracoracoïdal (T) est clairement visible. Il est à présent le lien unique entre l’aile et le corps. Le canal de la « poulie » est visible au-dessus et à gauche du tendon. S : muscle supracoracoïdal.
Edmond Hui
 
  • Retirez le muscle pectoral et le muscle supracoracoïdal et pesez-les individuellement. Le ratio de leurs masses, qui est d’environ 5:1 pour la plupart des oiseaux (Biewener, 2011), vous donne une estimation des forces relatives nécessaires aux battements d’ailes vers le haut et vers le bas. Le muscle pectoral de l’un de nos spécimens pesait 200g, et le supracoracoïdal 45g, ce qui est un ratio de 4.44:1.

    On s’attendrait à ce que ce ratio change en fonction des habitudes de vol de différentes espèces. Les colibris, par exemple, génèrent une force de portance considérable en battant des ailes vers le haut – ils auraient donc un ratio plus bas. Les oiseaux migrateurs qui utilisent les forces aérodynamiques pour aider leurs mouvements d’ailes vers le haut tels que les canards devraient avoir un ratio plus élevé.

    Remarquez que le supracoracoïdal est entièrement scellé – il est dans une cavité fermée par le muscle pectoral et le bréchet. En général, des muscles antagonistes se situent de part et d’autre de l’articulation sur laquelle ils agissent. Les muscles de vol des oiseaux sont pourtant du même côté de l’articulation, l’un enveloppant l’autre. Il serait intéressant de savoir si ce genre d’arrangement musculaire existe chez d’autres animaux.
     

  • Si les pattes du poulet sont intactes, le même genre de démonstration peut être utilisée pour montrer les muscles et tendons de la patte, qui peut contracter ou détendre le pied et les griffes (figure 13). Remarquez la nature lisse et glissante du cartilage des articulations, et soulignez son importance pour réduire la friction articulaire.
Figure 13 : Découvrir les muscles de la patte
Edmond Hui

Conclusion

Cette démonstration permet d’atteindre trois objectifs avec un seul spécimen.

  1. Utiliser un poulet de supermarché permet d’alléger les pressions logistiques, culturelles et psychologiques qui limitent le nombre de dissections à l’école, tout en apportant des connaissances anatomiques pertinentes.
  2. En tirant simplement sur les muscles de la poitrine du poulet, les élèves voient l’action de muscles antagonistes qui contractent et tendent les membres d’un vertébré – des connaissances de base faisant souvent partie des curriculums de biologie standards.
  3. Essayer de répondre à des questions telles que « comment une poule bat-elle des ailes ? » ou « quel est le rôle de la poitrine d’une poule ? » permet aux élèves de vivre l’expérience de la découverte – une partie intégrale à la science qu’il est difficile d’enseigner. Ils seront certainement surpris de découvrir que la poitrine du poulet qu’ils mangent est responsable du battement d’ailes et pourront le démontrer eux-mêmes.

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References

Web References

Resources

Author(s)

Edmond Hui est formé en biologie marine et il est le gestionnaire de réseau à la Teddington School, au Royaume-Uni. Son article précédent pour Science in School décrit une nouvelle démonstration du battement de cœur chez les mammifères (Hui & Taplin, 2013) et il a été adapté en un cours sur TED.com. Faye Blackshaw et Alma Talbot sont d’enthousiastes élèves de 13 ans qui sont membres du Teddington School STEM club.


Review

Cet article sur l’anatomie et la physiologie des ailes d’oiseaux et comment elles fonctionnent est une opportunité extraordinaire pour rendre un cours de science amusant. Les jeunes élèves sont désireux d’explorer et de tirer leurs propres conclusions ; une dissection de poulet sera parfaite.

L’approche pratique, contrairement à l’apprentissage par des planches anatomiques présentées dans les manuels scolaires, stimulera la mémoire des élèves. Comparer l’anatomie des oiseaux à la nôtre peut également être amusant, et soulève la question de notre incapacité à voler. Des élèves de tous âges pourraient produire des croquis annotés de l’anatomie de l’oiseau, similaires à ceux de de Vinci, mais en y incluant l’épaule ! Les élèves les plus âgés pourraient approfondir leurs connaissances en utilisant des planches anatomiques de différentes espèces d’oiseaux, en particulier ceux qui sont incapables de vol.

Si la dissection se fait en cuisine plutôt qu’en salle de science, vous pouvez cuisiner puis manger le poulet après la dissection. Ceci souligne les connaissances que l’on peut acquérir en prêtant attention aux activités quotidiennes – les élèves qui mangent de la viande consomment probablement du poulet régulièrement, mais ils n’ont probablement jamais essayé de comprendre la fonction des muscles qu’ils mangeaient. Soyez prêts à répondre à la question « comment le poulet a-t-il été tué ? », qui pourrait être soulevée, en particulier par les élèves végétariens. Faites également une dissection professionnelle et faites preuve de respect pour l’animal.

Ce travail pratique permet d’aborder plusieurs sujets de discussion :

  • Différences anatomiques des ailes de différents oiseaux
  • Habitudes de vol de différents oiseaux, et comment cela affecte leur anatomie
  • Poids des muscles et comment cela reflète leur fonction
  • Différences entre viande blanche et noire

Friedlinde Krotscheck, enseignante en biologie à l’école secondaire (retraitée), Autriche




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