Une équipe scientifique internationale dirigée par des chercheurs de l'Université de Liège et de la University of California Berkeley a étudié la forme et le fonctionnement mécanique des molaires inférieures de mammifères carnivores. En combinant modèles 3D, impression 3D et tests de matériaux, elle met en évidence un compromis fonctionnel : une même dent peut être efficace pour trancher ou pour broyer, mais rarement pour les deux. Ces résultats font l'objet d'une publication dans la revue Science, et même son sujet de couverture !
L
es dents constituent la principale interface entre les vertébrés et leur nourriture. Leur lien étroit avec le régime alimentaire, la biomécanique et l'écologie, ajouté à leur bonne conservation dans le registre fossile, en fait une source d'information précieuse pour étudier l'évolution des mammifères. Comme pour l'être humain, il est sans doute évident de penser que chaque type de dent correspond à une fonction bien précise. Pour bien trancher, il n'existe que quelques formes de dents efficaces. Pour broyer, les possibilités sont plus nombreuses. Pourtant, moins de 1 % des mammifères prédateurs ont des dents capables de faire les deux à la fois, grâce à l'apparition de la molaire tribosphénique, une architecture dentaire qui combine deux régions fonctionnelles : le trigonide, plutôt dédié au tranchage, et le talonide, chargé du broyage. Cependant, cette architecture a également impliqué des contraintes fonctionnelles qui ont dirigé l’histoire évolutive des mammifères.
Une étude, menée par Narimane Chatar, paléontologue diplômée de l'ULiège aujourd'hui en post doctorat à la University of California Berkeley et l'Université de Malaga, s'est concentrée sur la première molaire inférieure de deux cent cinquante spécimens de carnivores actuels et fossiles (félidés, canidés, hyènes, ours, mangoustes, viverridés) ainsi que des lignées éteintes (hyaenodontes et oxyaenides). "Les carnivores possèdent des molaires inférieures d'une grande diversité de formes, mais certaines espèces conservent une dent proche de la molaire tribosphénique, l'architecture ancestrale des molaires de mammifères", explique la chercheuse. "Cela en fait un système d'étude bien adapté à notre projet."
Éventail de spécialisations, allant du tranchage (à gauche) au broyage (à droite), sur la molaire inférieure des mammifères carnivores | © Université de Liège / University of California, Berkeley / N.Chatar / M.Vankelst
Pour quantifier à la fois la forme et l'efficacité mécanique des dents, l'équipe a mis au point un nouveau protocole où chaque couronne a d'abord été numérisée en trois dimensions afin d'en créer un jumeau virtuel de grande précision. "La forme de chaque dent a ensuite été enregistrée à l'aide d'une approche géométrique qui nous a permis de quantifier l'ensemble de la morphologie avec une grande précision", précise Melvin Vankelst, doctorant à l'EDDyLab de l'Université de Liège et à l'Institut royal des Sciences naturelles de Belgique, qui s'est chargé de la numérisation et de la quantification des formes. "Combiner la mesure fine de la forme à des tests mécaniques sur des dents imprimées nous a permis de relier directement la morphologie à sa fonction."
Les modèles ont ensuite été imprimés en 3D et soumis à deux séries de tests. Pour mesurer l'efficacité au tranchage, les dents ont été enfoncées dans un empilement de gélatine médicale simulant différentes couches de tissus mous (peau, muscle, graisse). Pour évaluer le broyage, les mêmes dents ont été pressées contre des sections d'os imprimées dans un matériau reproduisant les propriétés mécaniques de l'os.
Les analyses ont révélé un compromis assez net : une dent efficace pour trancher l'est rarement pour broyer, et il est structurellement difficile d'être performant dans les deux fonctions. "Le tranchage apparaît en outre plus contraint, limité à un éventail réduit de formes et concentré dans un petit nombre de lignées, reprend le Melvin Vankelst, alors que le broyage peut être obtenu à partir de formes plus variées. Moins d'un pourcent des mammifères prédateurs que nous avons étudiés ont présenté une dent optimisée à la fois pour trancher et pour broyer."
Reproduction de molaires tribosphéniques de carnivores actuels et fossiles ainsi que de lignées éteintes, et test de leurs fonctions. | © Université de Liège / University of California, Berkeley / N.Chatar / M.Vankelst
Selon les auteurs, ce compromis découle de l'architecture même de la molaire tribosphénique. Ses deux régions étant spécialisées dans des fonctions opposées, le développement de l'une tend à se faire au détriment de l'autre. "On peut aboutir à une dent efficace pour le broyage tout en conservant les deux régions, mais pour obtenir une dent efficace pour le tranchage, l'une des régions tend à disparaître, résume Narimane Chatar. Cette simplification semble difficilement réversible notamment chez les espèces hypercarnivores, spécialisées dans la découpe, qui s'engagent dans une voie évolutive dont il paraît compliqué de revenir.
Ces recherches démontrent comment une innovation de l'évolution des mammifères a pu favoriser leur succès tout en limitant, par la suite, la diversité des formes dentaires accessibles. En distinguant tranchage et broyage, deux fonctions largement incompatibles au sein d'une même dent, l'étude éclaire les compromis mécaniques qui ont orienté l'histoire alimentaire des carnivores.
Chatar, N., Vankelst, M., Pérez Ramos, A., Pollock, T. I., Tamagnini, D., Michaud, M., Yoder Raskin, L. & Tseng, Z. J. (2026). Performance trade-offs define a fundamental dental dichotomy in mammals. Science. doi : 10.1126/science.aee3453
University of California, Berkeley (États-Unis) ; Université de Malaga (Espagne) ; Université de Liège (Belgique) ; Institut royal des Sciences naturelles de Belgique ; Université Sapienza de Rome (Italie) ; Institut Polytechnique UniLaSalle (France) ; Université de Bristol (Royaume-Uni) ; Université de Burgos (Espagne).
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