À VUE DE NEZ / RIGHT UNDER OUR NOSES

Paule Dagenais – Quand on pense au nez d’un chien, on pense surtout à son odorat incroyable. Mais moi, ce qui m’a fascinée, c’est sa forme. Cette surface toute plissée, avec des sillons très réguliers… Pourquoi est-ce que la truffe du chien ressemble à ça ? Et surtout, comment cette forme apparaît pendant le développement ? Mon travail de recherche part d’une idée assez simple : les formes du vivant ne sont pas seulement dictées par les gènes, mais aussi par des lois physiques. Autrement dit, pour comprendre la truffe du chien, il faut regarder à la fois la biologie et la mécanique.

Donc, j’ai étudié comment la truffe se forme chez l’embryon du chien – et aussi chez d’autres mammifères dont les furets et les vaches – au moment où les tissus grandissent. Ce que j’ai découvert, c’est que la peau du nez ne grandit pas de manière uniforme. Y a certaines couches qui poussent plus vite que d’autres et ça, ça crée des contraintes mécaniques. Quand un tissu est contraint, il se plisse, il fait des vagues. Dans le cas de la truffe, ces vagues deviennent des plis très organisés, qui dessinent à la surface une mosaïque de polygones, qui ont souvent cinq côtés.

Ces polygones ne sont pas juste géométriques. Ils ont aussi une fonction : les plis et les creux permettent de retenir l’humidité à la surface du nez. Et cette humidité-là, elle est essentielle pour capturer les molécules chimiques qui sont présentes dans l’air ou sur le sol, qui vont ensuite être guidées jusque dans un organe qui est situé au fond du palais, dans un petit canal, et qu’on appelle l’organe voméronasal. Donc c’est un système qui est un peu à mi-chemin entre l’odorat et le goût et qui permet aux mammifères d’analyser très finement leur environnement.

En biologie du développement, on a longtemps expliqué les formes grâce à des signaux chimiques, qui indiquent aux cellules où elles sont et quoi faire, comme pour les motifs d’écailles et les couleurs des reptiles, des poissons et même les rayures des zèbres. Mais notre travail à nous a montré que ce n’est pas toute l’histoire. Avant même que la peau se plisse, y a un réseau de vaisseaux sanguins qui se met en place juste sous la surface de la peau. Ces vaisseaux sont plus rigides que les tissus autour. Et quand la peau au-dessus grandit, elle se déforme autour de ce réseau sanguin. Donc les vaisseaux fournissent une sorte de carte cachée, une information de position mécanique plutôt que chimique. Les cellules ne reçoivent pas seulement des messages moléculaires, elles « sentent » aussi les forces physiques qui s’exercent sur elles.

Ce principe-là n’est pas propre à la truffe du chien. On retrouve aussi des mécanismes similaires ailleurs dans le vivant : dans les replis du cerveau, dans les plis des intestins, la ramification des bronches, tout ça, ça émerge aussi de contraintes mécaniques qui sont liées à la croissance. Et les empreintes digitales sont elles aussi probablement liées, du moins en partie, à des processus mécaniques. Ces motifs ne sont pas parfaitement reproductibles. On a comparé les truffes de vaches clonées, génétiquement identiques, et on a montré que leurs motifs diffèrent, un petit peu comme les empreintes digitales chez des jumeaux. Ça montre que la forme finale n’est pas écrite ligne par ligne dans l’ADN : elle émerge d’un processus physique, avec une part de variabilité naturelle. Et finalement, pour aller plus loin on a reproduit ces formes avec des modèles numériques, à partir de géométries de museaux reconstruites en 3D.

Alors, au fond, la truffe du chien, ce n’est pas seulement un nez humide et mignon. C’est un objet de physique, un exemple concret de la façon dont la matière se plie, se contraint et s’organise. Et plus largement, ça nous invite à repenser le développement du vivant, pas seulement comme une histoire de gènes et de molécules, mais aussi comme une histoire de forces, de géométrie et de matière en mouvement.

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Paule Dagenais – When we think about a dog’s nose, we mostly think about its incredible sense of smell. But what fascinated me was its shape. That wrinkled surface, with very regular grooves… Why does a dog’s nose look like that? And more importantly, how does that shape appear during development? My research starts from a fairly simple idea: the shapes of living systems are not dictated only by genes, but also by physical laws. In other words, to understand the dog’s nose, we need to look at both biology and mechanics.

So I studied how the nose forms in dog embryos—and also in other mammals such as ferrets and cows—at the stage when tissues are growing. What I discovered is that the skin of the nose does not grow uniformly. Some layers grow faster than others, and that generates mechanical stresses. When a tissue is constrained, it tends to wrinkle, to form waves. In the case of the nose, these waves become very organized folds that create, at the surface, a mosaic of polygons, often with five sides.

These polygons are not just geometric—they also have a function. The grooves help retain moisture at the surface of the nose. That moisture is essential for capturing chemicals present in the air or on the ground. These molecules are then guided into an organ located at the back of the palate, through a small canal, called the vomeronasal organ. This system lies somewhere between smell and taste, and allows mammals to analyze their environment very finely.

In developmental biology, shapes have long been explained through chemical signals that instruct cells where they are and how to behave—like the patterns of scales and colors in reptiles, fish, or even the stripes of zebras. But our work showed that this is not the whole story. Even before the skin wrinkles, a network of blood vessels forms just beneath the surface of the skin. These vessels are stiffer than the surrounding tissues. When the skin above them grows, it deforms around this vascular network. Therefore, the blood vessels provide a kind of hidden map—a mechanical positional information rather than a chemical one. Cells do not only receive molecular messages; they also “feel” the physical forces acting on them.

This principle is not unique to the dog’s nose. Similar mechanisms can be found elsewhere in living systems: in the folds of the brain, the internal ridges of intestines or the bronchi—all of these structures also emerge from mechanical constraints related to growth. Fingerprints are probably also linked, at least in part, to mechanical processes. These patterns are not perfectly reproducible. We compared the noses of cloned cows—genetically identical—and showed that their patterns differ significantly, much like the fingerprints of twins. This shows that the final form is not written line by line in DNA: it emerges from a physical process, with a natural degree of variability. To go further, we reproduced these shapes using numerical models based on 3D reconstructions of nose geometries.

To summarize, a dog’s rhinarium is not just a cute, wet nose. It is a physical system—a concrete example of how soft matter can fold and self-organize under mechanical contraints. More broadly, it compels us to rethink the development of living organisms not only in terms of genes and molecules, but also as a soft-matter process shaped by physical forces.

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