Les différentes espèces de félins ont des poids et tailles variés qui vont de 1,5 kg pour le chat à pattes noires à plus de 300 kg pour le tigre. Pourtant, malgré leur différence, les félins partagent de nombreux points communs.
Qu'ils soient grands ou petits, l'une des principales caractéristiques communes aux félins est leur squelette flexible, plus particulièrement au niveau de la colonne vertébrale, offrant une grande souplesse, aidée aussi par des muscles du dos eux aussi très souples. Les omoplates et les clavicules sont assez libres de mouvement, retenues par très peu de ligaments, et permettent une grande diversité de mouvements. Les muscles les plus développés sont ceux des pattes arrières, pour que les félins puissent faire de grands sauts et courir vite (jusqu'à 120 km/h pour le guépard).
La morphologie des félins est donc parfaitement adaptée à la chasse, ce qui est inévitable pour leur survie. Mais chaque félin est différent, et, selon le type de proies qu'ils convoitent, ils s'adaptent physiologiquement.
La mâchoire raccourcie constitue une innovation de la famille des Felidae. Le crâne est donc plus court que celui des autres carnivores, et possède en général moins de dents, mais cette forme augmente considérablement la force des morsures car permettant un mouvement vertical de la mâchoire puissant. L'articulation de la mâchoire ne permet pas les mastications horizontales, comme chez les ruminants par exemple.
L'élasticité de la chaîne hyoïde, au-dessus du larynx, permet traditionnellement de séparer les grands félins (Pantherinae) des petits (Felinae).
Les vibrisses (plus communément appelées moustaches) sont un élément important pour le sens du toucher. Autour du museau, sur le menton, les joues et les sourcils, elles sont implantées à des endroits stratégiques pour une plus grande sensibilité. Comme les poils, elles tombent et repoussent au fur et à mesure de la vie du félin.
Les yeux sont positionnés vers l'avant, ce qui permet la vision binoculaire, très importante chez les prédateurs. L'angle de vision binoculaire est de 130 °, pour un champ de vision total de 287 °, contre seulement 180 ° chez l'homme. Leur pupille peut se contracter, devenant selon les espèces, petite et ronde ou en forme de fine fente verticale en pleine lumière, et grosse et ronde en l'absence de luminosité. Le tapetum lucidum permet la réflexion de la lumière et favorise la vision dans la pénombre : l'œil du félin est six fois plus sensible dans l'obscurité que l'œil humain.
Les félins possèdent un grand nombre de bâtonnets mais très peu de cônes, comparativement à l'œil humain qui en possède six fois plus. De plus, ces cônes absorbent principalement la lumière verte et très peu le bleu et le rouge : les félins voient principalement leur environnement en nuance de gris. Mais, pour les prédateurs, percevoir les couleurs est moins important que de percevoir les mouvements, et cela ne handicape pas leur vision.
Du fait de l'emplacement de leur fovéa où se concentre la majorité de leurs cellules photosensibles, un félin tourne la tête plusieurs fois avant de sauter sur une proie, afin de gagner en précision.
Les oreilles des félins sont très sensibles et nombre d'entre eux repèrent leur proie à l'ouïe, tel le serval. D'une grande mobilité, elles sont en outre un organe de communication corporelle important. Les facultés de l'oreille féline étant bien supérieures à celle de l'humain.
Les oreilles sont sensibles à la température et sont un lieu de déperdition de chaleur. C'est pourquoi les félins qui vivent dans des milieux froids ont des petites oreilles, comme l'once, au contraire du chat des sables qui a de larges pavillons pour évacuer la chaleur. Elle peuvent aussi dépendre des proies convoitées, plus grandes pour un animal qui fera peu de bruit et vice versa, car un large pavillon d'oreille répercute les sons et vibrations les plus ténus, permettant une grande précision pour la localisation des proies, par exemple si elles se cachent sous le sable.
Certains félins comme le lynx et le caracal voient leurs oreilles surmontées de "plumets", touffes de poils fin d'environ 5 cm. Ces derniers joueraient un rôle essentiel dans l'audition des félins en portant, mais aucune étude ne confirme à l'heure actuelle cette thèse.
L'organe voméronasal ou organe de Jacobson, situé près du palais, permet de "goûter" certaines odeurs bien spécifiques, comme les marques olfactives des autres félins. L'utilisation de cet organe se caractérise par le flehmen, une grimace qui consiste chez les félins à ouvrir la gueule et découvrir les gencives. Il complète efficacement l'odorat, sens des félins le plus complexe à étudier.
La langue des félins est tapissée de papilles cornées orientées vers l'arrière qui lui permettent de laper plus facilement l'eau, mais aussi de faire la toilette, d'enlever en partie les poils de ses proies et de mieux racler leur chair.
Formule dentaire | |||||||
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1 | 3 | 1 | 3 | 3 | 1 | 3 | 1 |
1 | 2 | 1 | 3 | 3 | 1 | 2 | 1 |
Les félins possèdent 28 à 30 dents. Leurs quatre canines sont plus longues que celles des loups et sont utilisées pour la mise à mort. Leur taille a même atteint 18 cm au temps des tigres à dents de sabre. Les 12 petites dents de devant, ou incisives, servent à arracher les poils ou les plumes et la viande des os.
Sur les côtés des mâchoires se trouvent les prémolaires et les molaires, également appelées dents jugales ; elles sont moins utiles pour les félins mâchant peu leur nourriture. Les dernières prémolaires supérieures et les premières molaires inférieures des félins sont aiguës et tranchantes et faites pour déchiqueter la viande. Ces dents particulières sont appelées les carnassières.
Le squelette des félins est caractérisé par une clavicule "flottante", reliée au sternum par un unique ligament, ce qui confère aux félidés une grande souplesse des pattes antérieures : les félins peuvent par exemple déplacer leurs épaules en alternance, ce qui n'est pas le cas pour tous les carnivores. Les membres antérieurs sont par ailleurs très souples (sauf pour le guépard qui a toutefois une plus grande souplesse de l'échine), ce qui permet d'avoir une grande précision. On peut aussi noter que les félins peuvent écarter latéralement les pattes avant ce qui permet d'attraper les proies ou de monter aux arbres. Les membres postérieurs sont, eux plus longs que les membres antérieurs, permettant aux félins de capturer des proies plus grandes qu'eux et augmentant leurs capacités d'accélérations.
Les félins sont digitigrades, ils marchent sur leurs doigts. Ils en ont cinq aux pattes antérieures et quatre aux pattes postérieures, le cinquième doigt des pattes antérieures ne touchant pas le sol et celui des pattes postérieures ayant disparu au cours de l'évolution. La plante de leurs pieds est recouverte d'une sorte de semelle, permettant d'accroître leur souplesse et d'être silencieux en marchant. Les coussinets de ceux qui vivent et se déplacent sur le sol brûlant des déserts est recouvert de poils. La petitesse des pattes et leur résistance améliorent elles aussi leur courses.
Les félins, en dehors du guépard, du chat viverrin et du chat à tête plate, ont les griffes rétractiles. Ce dernier point n'est pas caractéristique des félins, puisque d'autres carnivores en possèdent. Les griffes sont un élément important du sens du toucher.
La sortie des griffes dépend de la contraction volontaire des muscles fléchisseurs des doigts. Au repos, de nombreux tendons gardent les griffes à l'intérieur de la gaine protectrice et permettent aux félins de faire « patte de velours ».