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Les Toiles d’Araignée : Merveilles de la Nature
Les araignées sont des créatures incroyables. Ces arachnides venimeux se trouvent partout dans le monde et varient en taille, de l’araignée mousseuse samoane de 0.011 pouce au gigantesque Goliath birdeater d’un pied de large, qui se nourrit non seulement d’oiseaux, mais aussi de grenouilles, de rongeurs et d’une variété d’insectes. Peut-être l’aspect le plus communément reconnaissable des araignées est leurs toiles en soie.
Alors que la plupart des gens peuvent avoir une image générique des toiles d’araignée en tête – des structures circulaires délicates tissées dans des motifs géométriques complexes, attendant juste de s’emmêler dans les cheveux des promeneurs de chiens imprudents – elles peuvent prendre de nombreuses formes. Leur dessein peut également s’étendre bien au-delà de simplement attraper les insectes volants, et le matériau même dont elles sont tissées – la soie – joue un rôle essentiel pour la survie des araignées.
Les toiles d’araignée et la soie dont elles sont composées sont des merveilles biologiques, étudiées de près par les scientifiques. Âmes craintives des arachnides, prenez garde, mais si vous n’êtes pas encore trop dégoûtés, voici quelques faits fascinants sur les toiles d’araignée.
Les nanofibrilles offrent une incroyable résistance
Les toiles d’araignée sont d’une solidité ridicule par rapport à leur taille. L’Université de Bristol rapporte que si vous fabriquiez un câble en soie d’araignée et un câble en acier identiques, le câble en soie d’araignée serait cinq fois plus résistant que celui en acier. Les toiles d’araignée se rapprochent en résistance du Kevlar, et des scientifiques ont suggéré qu’un corde en soie d’araignée de la largeur d’un stylo pourrait lasser et arrêter un avion de ligne jumbo en vol.
Basé sur ces propriétés physiques, il est facile de comprendre pourquoi les scientifiques et les ingénieurs sont enthousiastes quant aux utilisations potentielles de la soie d’araignée. Récemment, les scientifiques ont analysé la soie des araignées recluse et découvert pourquoi elle est si résistante. Les résultats, publiés dans ACS Macro Letters, révèlent que la soie est composée de milliers de fibres entremêlées microscopiquement. Ces brins à base de protéines, appelés nanofibrilles, mesurent à l’échelle nanométrique. Une autre étude publiée dans Acta Biomaterialia indique que la disposition de ces nanofibrilles confère à la soie d’araignée son élasticité naturelle. Si les scientifiques parviennent à reproduire ce matériau incroyable, il se pourrait bien qu’il ne reste plus beaucoup de temps avant que les ponts suspendus ne soient soutenus par des fibres de la taille d’un fil de laine.
Les multiples types de soie d’araignée
Les araignées mènent une vie complexe entre la capture de proies, la construction de toiles, les chutes depuis les hauteurs pour vous surprendre, et la reproduction. Pour accomplir ces diverses activités arachnéennes, la soie est essentielle. Les araignées produisent leur soie à travers leurs filières, mais de manière étonnante, toutes les toiles d’araignée ne sont pas identiques. Les filières peuvent produire sept types de soie, chacun ayant des utilisations distinctes.
Un type spécifique de soie est employé pour emballer les proies, un autre pour former des sacs d’œufs, et une soie d’une composition encore différente crée des filins longs et non adhésifs – ce sont principalement ces types qui sont utilisés pour construire les toiles. Certaines araignées peuvent même produire une soie agissant comme du ciment. Pour générer chaque type de filament soyeux, les araignées sont capables de contrôler les combinaisons de protéines utilisées, sécrétées par diverses glandes.
Aucune espèce d’araignée connue à ce jour ne peut produire chaque type de soie des sept connus, bien que toutes les araignées produisent les robustes filins. Le type de soie qu’une araignée peut filer dépend de l’espèce et aussi du sexe. Par exemple, seules les araignées femelles produisent la soie utilisée pour fabriquer les cocons.
Les lassos tissés par les toiles d’araignée
Une notion populaire concernant les toiles d’araignée est qu’elles sont purement passives. On pense généralement qu’une araignée tisse sa toile et attend tranquillement que son déjeuner tombe dedans. Cependant, la réalité est que certaines araignées utilisent activement leur soie pour attraper leur repas, un peu à la manière dont Spider-Man utilise ses toiles pour ligoter les super-vilains.
D’après ScienceNews, la plupart des araignées évitent de manger des fourmis, qui peuvent infliger une puissante morsure et être venimeuses. Celles qui attaquent les fourmis les prennent généralement par surprise par l’arrière ou les laissent s’emmêler dans une toile, des techniques plutôt simples comparées à l’utilisation créative des pouvoirs de la soie par l’incroyable araignée australienne tueuse de fourmis.
Une étude publiée par PNAS a révélé que l’araignée australienne tueuse de fourmis a mis au point une méthode acrobatique pour capturer et dévorer des fourmis. En position tête en bas sur un tronc d’arbre, elle attend qu’une fourmi malchanceuse passe à proximité. Lorsqu’une fourmi se trouve dans sa ligne de mire, l’araignée se lance en vol au-dessus de la fourmi et lui lance une toile. Elle atterrit ensuite et tournoie autour de la fourmi capturée, l’enserrant dans un lasso collant pour l’immobiliser, avant de planter ses crocs dans son dîner. Toute la chasse ne dure qu’une fraction de seconde, et il semble que cette technique soit tellement efficace que cette espèce se nourrit presque exclusivement de fourmis.
Les Toiles d’Araignée : des Débuts en Forme de Fils-Pièges
La toile d’araignée que la plupart des gens connaissent se trouve dans n’importe quel jardin, et leur fonction est bien connue. Tendues entre des supports tels que des branches d’arbres, elles sont maintenues en attente d’insectes volants. Cependant, les araignées utilisent la soie depuis environ 300 millions d’années, et les toiles que nous reconnaissons aujourd’hui n’étaient pas le premier usage de cette matière.
Les experts arachnologues, comme William Eberhard dans « Les Toiles d’Araignée : Comportement, Fonction et Évolution », expliquent que les araignées ont initialement filé de la soie pour créer leurs cocons d’œufs et pour tapisser leurs terriers. Les araignées primordiales ne se balançaient pas dans des toiles, mais restaient en embuscade dans leurs terriers en attendant qu’une proie passe à proximité. Avec le temps, la soie s’étendant depuis le terrier est devenue une sorte de capteur qui alertait l’araignée de la présence de proies. On pense que les toiles d’araignée plus grandes et plus élaborées étaient une extension de ce système, offrant à l’araignée une plus grande portée pour capturer des proies et détecter les ennemis proches.
Certaines araignées utilisent toujours ce système de fils-pièges, comme les araignées entonnoir hautement venimeuses trouvées en Australie. Ces araignées vivent dans des terriers, sous des rochers, ou dans des crevasses. Pour attraper leur proie, elles disposent de la soie en un motif irrégulier de lignes de piégeage. Lorsqu’une proie trébuche sur l’une de ces lignes, l’araignée surgit, l’injecte de venin, puis la ramène à son terrier.
Les décorations peuvent attirer plus de proies… et de prédateurs
Les toiles d’araignée sont objectivement jolies, mais certaines araignées vont plus loin en les décorant, en utilisant pour cela une variante de leur matériau de construction préféré. Les araignées orbiculaires tissent un type de soie appelé stabilimentum, qui peut être utilisé pour construire des structures plutôt bien aménagées.
La fonction exacte des stabilimenta décoratifs est débattue, allant de bénéfices structuraux à physiologiques. Une recherche intrigante, publiée par les Proceedings of the Royal Society, suggère que le stabilimentum hautement visible attire les proies. Ces structures réfléchissent exceptionnellement bien la lumière ultraviolette, et il a été démontré expérimentalement que les insectes sont attirés par elles à un taux plus élevé que les toiles non décorées.
Cependant, cette signalisation pour les insectes a un prix. Une autre étude (via les Proceedings of the Royal Society) avance que les motifs réfléchissants indiquent aux prédateurs arachnophages que le dîner est servi. En fait, certains prédateurs peuvent même apprendre la couleur spécifique des structures pour les rechercher délibérément.
Envolées par des ballons de soie
Une des capacités les plus remarquables des araignées est leur capacité à utiliser leur soie pour voler. En utilisant de longs fils de soie, les araignées sont propulsées dans l’atmosphère grâce à une technique appelée ballooning. En fait, certaines araignées peuvent atteindre des altitudes de 2,5 miles, directement dans le jet stream. Le ballooning permet à certaines espèces d’araignées de parcourir des distances incroyables. Par exemple, Science News rapporte que les ancêtres d’une espèce d’araignées à trappe ont probablement voyagé de l’Afrique à une île au large de l’Australie en se laissant porter par la soie d’araignée. Les araignées utilisent le ballooning pour étendre leur territoire et s’établir dans de nouveaux lieux.
Alors que le ballooning est fascinant en soi, une étude récente publiée dans Current Biology montre que certaines espèces d’araignées peuvent utiliser cette technique en exploitant le champ électrique terrestre. Dans des expériences, les chercheurs ont découvert que certaines espèces d’araignées prenaient leur envol en étant placées dans une chambre sans courant d’air mais contenant une charge électrique, utilisant le champ électrique comme moyen de décollage. Bien que ces araignées semblent dotées de capacités surnaturelles, tout cela relève de la biologie. Les araignées détectent le champ électrique grâce à des poils appelés trichobothria, de la même manière que les cheveux humains se dressent avec l’électricité statique, mais de manière bien plus sensible.
Les Habitats Sous-Marins
De l’Europe du Nord jusqu’en Sibérie, l’araignée d’eau, ou araignée cloche, est la seule espèce d’araignée à vivre entièrement dans l’eau (selon Animal Diversity Web). Cette existence aquatique est rendue possible grâce à sa soie.
Pour s’établir, l’araignée tisse des toiles entre les plantes sous l’eau. Ensuite, elle remonte à la surface, exposant son abdomen à l’air, où les poils de l’araignée capturent de petites bulles d’air. L’araignée retourne alors vers sa toile sous-marine, où elle place les gouttes d’air. Cela crée une grotte sous-marine maintenue en place par un plafond de soie. Ensuite, petit à petit, l’araignée étend la structure pour en faire un repaire plus spacieux.
<p>Les araignées cloches utilisent ces nids comme base et affût de chasse. Des fils de soie du nid s’étendent dans l’eau, où si une proie le touche, cela signale à l’araignée de bondir. Le nid est également l’endroit où les araignées peuvent muer, s’accoupler ou simplement savourer un repas tranquille. Surtout, le repaire agit comme un stock d’air respirable. Les araignées peuvent détecter si les niveaux d’oxygène deviennent trop bas. Dans ce cas, l’araignée remonte à la surface pour collecter plus d’air. Pendant l’hiver, elle nage en profondeur et construit des nids plus solides dans des objets tels que des coquilles d’escargots.</p>
Protection contre les environnements extrêmes
Les araignées peuvent construire des habitations qui, bien que non luxueuses, les protègent des éléments. Par exemple, de nombreuses araignées utilisent leur soie pour créer une doublure pour leurs abris. Par exemple, les araignées à toile en entonnoir en Australie habitent généralement des fissures et des crevasses près des fondations des bâtiments et les tapissent de toiles.
Dans d’autres endroits, la soie devient encore plus critique pour la survie, et l’un des exemples les plus extrêmes est l’araignée sauteuse de l’Himalaya. Ces petites créatures sont les plus susceptibles d’être les gagnantes du concours de l’animal terrestre vivant à la plus haute altitude, avec des spécimens trouvés jusqu’à 22 000 pieds, sur le mont Everest.
Ces altitudes produisent des conditions extrêmement dures et froides. Pour survivre, ces araignées utilisent leurs toiles pour créer des abris de fortune en tissant des chambres de soie parmi les éboulis rocheux. La nourriture est rare, mais cette espèce parvient à survivre en se nourrissant d’insectes remontant la montagne pour se nourrir de la végétation balayée par les vents de montagne. Toute l’écologie, un biome éolien, dépend uniquement des particules de nourriture transportées par le vent – et au sommet de la chaîne alimentaire, grâce à ses nids alpins douillets, se trouve l’araignée sauteuse.
Ils sont accordés comme des instruments
Les toiles d’araignée semblent être des structures délicates, semblables à du gossamer. Pour maintenir la structure d’une toile, les araignées utilisent une forme de maintenance qui rappelle davantage celle d’un technicien de piano. Des recherches publiées dans le journal Advanced Materials révèlent qu’au cours du processus de maintenance, les araignées pinceraient leurs toiles d’une manière qui ne peut être décrite que comme un accordage, où les brins d’une toile d’araignée sont traités comme les cordes d’un instrument. Ces brins sont de différentes longueurs et épaisseurs, émettant des résonances différentes lorsqu’ils sont pincés, permettant ainsi à l’araignée, en tant que créatrice et maîtresse de ces cordes, de ressentir ce qui se passe dans son habitat grâce aux vibrations acoustiques.
Lorsqu’une araignée pince sa toile, le son est renvoyé vers elle, l’informant des dommages sur la toile, de la présence d’une proie ou peut-être d’un partenaire potentiel. En fait, NPR, qui a commenté la recherche, a noté que les informations transmises à l’araignée sont si détaillées qu’elles lui permettent de savoir précisément où se trouve la proie dans la toile, ou encore où des dommages ont eu lieu.
Ils peuvent être sur-mesure à partir de liquide en un instant
Lorsqu’une araignée se met à tisser sa toile, elle extrude de la soie à partir de filières situées à l’arrière de son corps. Ce processus fascinant implique un exploit impressionnant de biochimie, où la soie d’araignée stockée subit un changement de phase instantané.
La substance qui devient la soie d’araignée (appelée « dope ») est maintenue sous forme liquide avant d’être utilisée. Une recherche publiée dans Science Advances explique comment la dope passe à travers des canaux dans le corps de l’araignée jusqu’à la filière. Ainsi, le liquide chargé de protéines, composé de structures individuelles appelées spidroïnes, s’auto-assemble. Il se replie et s’entrelace pour former instantanément la soie d’araignée.
Plus remarquablement, l’araignée peut choisir le type de toile à tisser à volonté, allant des filières ultra-résistantes pour se déplacer à un cocon. Le déclencheur pour déterminer le type de soie se produit lorsque la dope est exposée à de l’acide lors de sa sortie par la filière. Pendant ce temps, la substance est allongée et liée à travers d’innombrables canaux qui se rétrécissent continuellement. Ce processus, forgé par des millions d’années d’évolution, est extraordinairement complexe, et la méthode par laquelle les araignées tissent leurs toiles varie d’une espèce à l’autre.
Cités toile
Certaines espèces d’araignées mènent des vies très sociales et peuvent se rassembler en colonies énormes. En utilisant leurs toiles, elles créent ce que l’on pourrait uniquement décrire comme des « spideropolises ». Selon Popular Science, la forêt tropicale sud-américaine abrite certaines des plus grandes colonies d’araignées sociales, telles que l’espèce Anelosimus eximius. Une grande colonie de ces araignées peut atteindre près de 5 mètres de haut et plus de 4 mètres de large. Cependant, les auteurs de « Lessons From Amazonia » indiquent que la taille typique est d’environ plusieurs mètres cubes, ce qui équivaut toujours à plus de cent pieds cubes.
Les colonies sont composées d’une toile en feuille, généralement nichée en hauteur autour des plantes, des arbres ou autres supports. Ces types de toiles massives et désorganisées ne se fient pas à leur adhérence pour capturer les proies. En fait, les brins de soie individuels sont tellement fins qu’ils peuvent accrocher les poils sur le corps des insectes. La vie commune dans ces immenses toiles présente des avantages : les araignées partagent les tâches de surveillance des œufs, travaillent ensemble pour réparer les toiles, capturer des proies plus grandes et partager la nourriture.
Les toiles d’araignée : un atout dans la séduction
Les toiles d’araignée ne sont pas seulement des pièges pour les proies, elles jouent également un rôle crucial dans le processus de séduction chez de nombreuses espèces d’araignées. Il existe de nombreuses espèces où le mâle, lors de l’accouplement, se fait dévorer par la femelle, comme c’est le cas des veuves noires qui ont donné leur nom à ce comportement. Cependant, tous les mâles n’ont pas une préférence pour finir ainsi leur vie amoureuse. Certains préfèreraient éviter d’être cannibalisés et mettent en œuvre leurs compétences en tissage de toiles pour survivre à leur rendez-vous galant.
Par exemple, les mâles de certaines espèces comme l’Ancylometes bogotensis et la Nephila pilipes sont souvent bien plus petits que les femelles beaucoup plus agressives. Pour se protéger, les mâles utilisent leur soie pour attacher les femelles pendant la période de cour. Cette soie peut servir de légère couverture de soie imprégnée de phéromones, ou constituer un lien plus solide autour des pattes. Dans tous les cas, cette activité semble avoir pour seul but d’apaiser la femelle, facilitant ainsi le processus d’accouplement. Ainsi, la fonction apaisante des toiles semble plus importante que la simple contrainte physique – après tout, les araignées femelles peuvent facilement se libérer des liens de soie une fois l’accouplement terminé.
Déflecteurs d’eau
Une des caractéristiques les plus surprenantes d’une toile d’araignée est sa capacité à retenir les gouttelettes d’eau. Lorsque vous voyez de la rosée suspendue abondamment sur une toile d’araignée le matin, c’est parce qu’elles ont été conçues pour le faire. Zheng Yongmei, dans « Bio-Inspired Wettability Surfaces, » explique que la structure des nanofibrilles, qui composent la soie d’araignée, possède des nœuds de broche et des articulations très efficaces pour collecter l’eau.
En s’inspirant de ces capacités, les scientifiques et les ingénieurs ont créé des toiles d’araignée artificielles en envisageant de résoudre les pénuries d’eau. Ils ont découvert qu’en prenant une fibre synthétique et en y plaçant des bosses hélicoïdales, similaires à celles trouvées dans la soie d’araignée, l’eau se collecte naturellement par condensation. En effet, la quantité d’eau accumulée est stupéfiante, car une de ces bosses peut retenir jusqu’à 2 000 fois son volume d’eau. Si cette technologie peut être développée à plus grande échelle, elle pourrait soulager les problèmes d’approvisionnement en eau instables à travers le monde.