Lorsque la taille d'un organisme augmente, son volume et son poids augmentent, ainsi que la surface de son corps. Cependant, surface et volume ne varient pas de la même façon selon la taille. La surface est proportionnelle au carré de la dimension linéaire alors que le volume est proportionnel au cube de la dimension linéaire.

Lorsqu'un objet augmente de taille, sa surface et son volume croissent à des taux profondéments différents. Le tableau ci-dessous (Stevens, 1978 p. 26) donne un aperçu de cette différence :

Par conséquent, un gros objet a plus de volume par rapport à sa surface qu'un petit objet. Parmi les êtres vivants, un gros organisme pèse plus et produit plus de chaleur qu'un petit. Car ces fonctions dépendent du volume et donc de la masse des tissus.

Allométrie de croissance de la surface par rapport au volume lorsque la taille augmente.

Mais le gros organisme a plus de difficultés à dissiper sa chaleur, ainsi qu'à assurer ses fonctions physiologiques de base qui dépendent de grandes surfaces d'échanges avec le milieu :

- assimiler la nourriture,

- capter l'oxygène pour la respiration,

- excréter les toxines internes ; etc.

Lorsque le gros organisme doit fonctionner comme son petit cousin, il faut qu'il compense son augmentation en taille et volume par une augmentation bien plus rapide de ses surfaces réactives :

- muqueuse intestinale plus ou moins plissée, avec des villosités portant elles-mêmes des microvillosités portant elles-mêmes des cellules avec une bordure en brosse, etc,

- poumons avec des milliers d'alvéoles pulmonaires, ou branchies avec des milliers de lamelles branchiales,

- grand nombre de néphridies ou reins avec des milliers de néphrons.

- etc..

Les animaux ayant de grandes surfaces d'échanges en contact direct avec le milieu extérieur (Spongiaires, Cnidaires, Plathelminthes, Oursins, etc.) auront donc des rapports Surface/Volume (Rapport S/V) plus grands que les animaux dont une grande partie ou toutes les surfaces d'échanges sont situées à l'intérieur du corps (Annélides, Crustacés, Céphalopodes, Poissons, Mammifères, etc.) :

Evolution du rapport S/V (ligne bleue) et du rapport S/V physiologique (ligne violette) pour quelques animaux types (voir Travaux Pratiques pour les détails).

L'analyse du rapport S/V permet donc de bien distinguer les animaux fixés ou peu mobiles à surfaces physiologiques externalisées par rapport aux animaux mobiles à surfaces physiologiques internalisées.

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Ces principes gouvernant les rapports entre la suface et le volume sont les mêmes pour tous les organismes vivants. La méthode universelle pour augmenter des surfaces sans augmenter le volume consiste à introduire des complications au niveau des surfaces : amincir, plisser, étirer, creuser et brancher.

C'est précisément ce que l'on observe pour les tissus assimilateurs des végétaux et, chez les animaux, les tissus spécialisés dans les fonctions de nutrition, respiration et excrêtion. C'est la surface de ces tissus qui doit augmenter plus vite lorsque la taille et le volume augmentent.

ACCROISSEMENT DIFFÉRENTIEL DES SURFACES D'ÉCHANGES

De nombreuses "stratégies" sont possibles pour accroître les surfaces d'échanges :

- plis et replis

	A	B	C
1	i 11	i 10	i 1
2	dessous d'une patte de Gecko	D 27 Paroi des cellules de la branchie de truite	D 31 Ultrastructure de la paroi cellulaire (branchie de truite)