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Science
Les toiles d’araignée sont de véritables merveilles de la nature. Ces structures fascinantes tissées à partir de soie par ces arachnides venimeux se déclinent en une variété de formes et de tailles. Des araignées aussi petites que le Samoan moss spider, mesurant à peine 0,011 pouce, au redoutable Goliath birdeater d’un pied de large, se nourrissant non seulement d’oiseaux, mais aussi de grenouilles, de rongeurs et d’une variété d’insectes.
La soie, matériau essentiel à leur survie, ne se limite pas à la simple capture d’insectes volants. Les toiles d’araignée présentent une diversité de fonctions surprenantes, allant bien au-delà de pièger des proies. Les scientifiques étudient de près ces toiles et la soie à partir de laquelle elles sont fabriquées, révélant ainsi des éléments biochimiques et physiques époustouflants.
Les arachnophobes peuvent se sentir inconfortables, mais pour les plus curieux, voici quelques faits fascinants sur les toiles d’araignée, dévoilant une ingénierie naturelle complexe à l’œuvre.
Les nanofibrilles créent une résistance incroyable
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Les toiles d’araignée sont d’une solidité incroyable pour leur taille. Selon l’Université de Bristol, si vous fabriquiez un câble avec de la soie d’araignée et un câble en acier identique, le câble en soie d’araignée serait cinq fois plus résistant que celui en acier. Les toiles d’araignée sont presque aussi solides que le Kevlar, et les scientifiques ont suggéré que si vous fabriquiez une corde en soie d’araignée de la largeur d’un stylo ou d’un crayon, elle pourrait lancer et arrêter un avion de ligne jumbo en vol.
Ces propriétés physiques expliquent pourquoi les scientifiques et les ingénieurs sont fascinés par les utilisations potentielles de la soie d’araignée. Récemment, des scientifiques ont analysé la soie des araignées recluse et découvert pourquoi elle est si résistante. Les résultats, publiés dans ACS Macro Letters, montrent que la soie est composée de milliers de fibres interconnectées microscopiquement fines, appelées nanofibrilles, mesurant des nanomètres. 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 pourrait être question de temps avant que des ponts suspendus ne soient soutenus par des fibres aussi fines qu’un brin de laine.
Divers types de soies de toile
Les araignées mènent une vie complexe où elles capturent des proies, construisent des toiles, se laissent tomber de hauteurs pour vous surprendre et se reproduisent. Pour mener à bien ces diverses activités arachnéennes, la soie est indispensable. Les araignées produisent leur soie à travers leurs filières, mais étonnamment, toutes les toiles d’araignée ne se valent pas. Les filières peuvent produire sept types de soies, chacun étant utilisé à des fins différentes (The University of Bristol).
Un type spécifique de soie est utilisé pour envelopper les proies, un autre pour former des sacs d’œufs, et une soie d’une composition différente forme les longues traînées non collantes, principalement utilisées pour construire les toiles. Certaines araignées peuvent même produire de la soie agissant comme du ciment. Pour générer chaque type de fil soyeux, les araignées sont capables de contrôler les combinaisons de protéines utilisées, sécrétées par diverses glandes.
Aucune espèce d’araignée découverte jusqu’à présent ne peut produire chaque type de soie des sept connus, bien que toutes les araignées produisent les robustes traînées. Le type de soie qu’une araignée peut filer dépend de l’espèce et du sexe. Par exemple, seules les araignées femelles produisent la soie utilisée pour fabriquer des cocons.
Lassos tissés
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Une idée populaire sur les toiles d’araignée est qu’elles sont purement passives. Autrement dit, une araignée fabrique sa toile et attend tranquillement que le déjeuner vienne s’y prendre. Cependant, la vérité est que certaines araignées utilisent activement leur soie pour attraper leur nourriture, un peu à la manière dont Spider-Man tire des toiles pour ligoter des super-méchants.
Selon ScienceNews, la plupart des araignées évitent de manger des fourmis, car elles peuvent infliger une puissante morsure et être également venimeuses. Les araignées qui attaquent les fourmis les surprennent généralement par l’arrière ou les laissent s’emmêler dans une toile, des jeux d’enfants comparés à l’utilisation créative de ses pouvoirs de soie par l’araignée tueuse de fourmis australienne remarquable.
Une étude publiée par PNAS a révélé que l’araignée tueuse de fourmis australienne a développé une manière acrobatique de chasser et se nourrir de fourmis. Dans une position tête en bas sur le tronc d’un arbre, l’araignée attend qu’une fourmi malchanceuse passe à proximité. Ensuite, lorsque l’une d’elles entre dans son champ d’action, elle se lance en vol au-dessus de la fourmi et lui tire une toile. L’araignée atterrit ensuite et bondit autour de la fourmi capturée, la bouclant dans un lasso collant pour l’immobiliser, avant de planter ses crocs dans son repas. Toute la chasse se termine en une fraction de seconde, et apparemment, la technique est tellement efficace que cette espèce se nourrit presque exclusivement de fourmis.
Les toiles ont commencé comme des fils à guet.
La toile d’araignée que la plupart des gens connaissent peut être observée dans n’importe quel jardin, et leur fonction est également bien connue. Tendues entre des supports tels que des branches d’arbres, elles restent en suspension en attendant d’éventuels insectes volants. Cependant, les araignées utilisent de la soie depuis environ 300 millions d’années, et les toiles que nous reconnaissons aujourd’hui n’étaient pas la première utilisation de la soie.
Les experts en araignées, comme William Eberhard dans « Spider Webs: Behavior, Function, and Evolution, » expliquent que les araignées ont initialement tissé de la soie pour créer leurs sacs d’œufs et pour tapisser leurs terriers. Les araignées primordiales ne restaient pas suspendues dans des toiles, mais attendaient dans leurs terriers 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’araignées plus grandes et plus élaborées étaient une extension de cela, car elles offraient à l’araignée une plus grande surface pour capturer des proies et détecter les ennemis à proximité.
Certaines araignées utilisent toujours ce système de fils à guet, comme les araignées à toile d’entonnoir hautement venimeuses que l’on trouve en Australie. Ces araignées vivent dans des tanières, sous des rochers ou dans des fissures. Pour attraper leur proie, elles disposent de la soie en un motif irrégulier de fils à guet. Lorsqu’un repas se prend dedans, l’araignée surgit, l’injecte de venin et le traîne jusqu’à sa tanière.
Décorations peuvent attirer plus de proies… et de prédateurs
Les toiles d’araignée sont objectivement belles, mais certaines araignées vont plus loin et les décorent, en utilisant une variante supplémentaire de leur matériau de construction préféré. Les araignées orbite tissent une sorte de soie appelée stabilimentum, qui peut servir à construire des structures plutôt bien ornées.
La fonction exacte des stabilimenta décoratifs est débattue, les propositions allant d’avantages structurels à physiologiques. Des recherches fascinantes, publiées dans les Comptes rendus de la Société Royale, suggèrent que le stabilimentum hautement visible attire les proies. Ces structures réfléchissent exceptionnellement bien la lumière ultraviolette, et il a été démontré de manière expérimentale que les insectes y sont attirés à un taux plus élevé que vers des toiles non décorées.
Cependant, cette signalisation aux insectes a un prix. Une autre étude, également issue des Comptes rendus de la Société Royale, avance que les motifs réfléchissants signalent aux prédateurs d’araignées qu’un festin est proposé. En fait, certains prédateurs peuvent même apprendre la couleur spécifique des structures pour les cibler délibérément.
L’envol en ballon par les toiles
L’une des capacités les plus remarquables des araignées est leur aptitude à voler grâce à leur soie. En utilisant de longues brins de soie, les araignées sont propulsées dans l’atmosphère grâce à une technique appelée « ballonisation ». En effet, certaines araignées peuvent atteindre des altitudes de 2,5 miles, directement dans le courant-jet. La ballonisation 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 jusqu’à une île près de l’Australie en flottant sur de la soie d’araignée. Les araignées utilisent la ballonisation pour étendre leur territoire et s’installer dans de nouveaux habitats.
Si la ballonisation est fascinante en soi, une étude récente publiée dans Current Biology révèle que certaines espèces d’araignées peuvent utiliser cette technique en se basant sur le champ électrique terrestre. Lors d’expériences, les chercheurs ont découvert que certaines espèces d’araignées se sont envolées en étant placées dans une chambre sans flux 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 beaucoup plus sensible.
Maisons sous-marines
Du nord de l’Europe jusqu’en Sibérie, l’araignée d’eau, ou l’araignée cloche de plongée, est la seule espèce d’araignée à vivre entièrement dans l’eau. C’est grâce à sa soie qu’elle doit cette existence aquatique.
Pour s’installer, l’araignée tisse des toiles entre les plantes sous l’eau. Puis, elle remonte à la surface, exposant son abdomen à l’air, où les poils de l’araignée capturent de petites bulles d’air. Elle retourne ensuite à sa toile sous-marine, où elle place les bulles d’air. Cela crée une grotte sous-marine maintenue en place par un plafond tissé. Ensuite, petit à petit, l’araignée agrandit la structure pour créer une tanière plus spacieuse.
Les araignées cloches de plongée utilisent ces nids comme bases et affûts de chasse. Des fils de soie du nid s’étendent dans l’eau, où, si une proie les 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 paisible. Surtout, la tanière sert de réserve d’air respirable. Les araignées peuvent détecter si les niveaux d’oxygène deviennent trop bas. Lorsque cela se produit, l’araignée remonte pour collecter plus d’air. En hiver, elle nage en profondeur et construit des nids plus solides dans des objets tels que des coquilles d’escargot.
La protection contre les environnements extrêmes
Les araignées ont la capacité de construire des habitats qui, bien que peu spacieux, les protègent des éléments extérieurs. Par exemple, de nombreuses araignées utilisent leur soie pour créer une doublure pour leurs abris. Les araignées à toile en entonnoir, comme en Australie, ont pour habitude d’occuper les fissures et les crevasses près des fondations des bâtiments et les tapissent de toiles.
Dans d’autres régions, la soie devient encore plus cruciale pour la survie, comme c’est le cas pour l’araignée sauteuse de l’Himalaya. Ces petites créatures sont les prétendants les plus probables pour remporter le titre de l’animal terrestre vivant à la plus haute altitude, avec des spécimens découverts à plus de 6 700 mètres, sur le mont Everest.
À de telles altitudes, les conditions sont extrêmement rudes et froides. Pour survivre, ces araignées utilisent leurs toiles pour créer des abris de fortune en tissant des chambres ou des cellules de soie parmi les éboulements rocheux. La nourriture se fait rare, mais cette espèce parvient à survivre en se nourrissant des insectes montant en altitude pour se nourrir de la végétation soufflée par les vents de montagne. Toute l’écologie, un biome éolien, dépend uniquement des particules alimentaires portées par le vent. Et au sommet de la chaîne alimentaire, grâce à ses nids de toile alpins confortables, se trouve l’araignée sauteuse.
Ils sont accordés comme des instruments
Les toiles d’araignée semblent être des structures délicates et diaphanes. Pour maintenir la structure d’une toile, les araignées utilisent une forme de maintenance qui rappelle celle d’un accordeur de piano. Une recherche publiée dans le journal Advanced Materials révèle qu’en tant qu’étape de ce processus de maintenance, les araignées pincement leur toile dans ce qui ne peut être décrit que comme un accordage, où les fils d’une toile d’araignée sont traités comme les cordes d’un instrument. Ces fils sont de différentes longueurs et épaisseurs, émettant différentes résonances lorsqu’ils sont pincés, permettant ainsi à l’araignée, en tant que créatrice et maîtresse de ces cordes, de percevoir ce qui se passe chez elle par vibration acoustique.
Lorsqu’une araignée pince sa toile, le son renvoyé lui permet de détecter les dommages sur la toile, la présence d’une proie, ou peut-être d’un partenaire potentiel. En fait, la radio publique nationale américaine (NPR), qui a commenté cette recherche, a souligné que les informations renvoyées à l’araignée sont si détaillées qu’elles lui permettent de savoir avec précision où se trouve la proie dans la toile, ou où des dommages se sont produits.
La fabrication sur mesure instantanée à partir de liquide
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Lorsqu’une araignée se met à tisser une toile, elle extrude de la soie à partir de ses 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 de la soie d’araignée (appelée « dope ») est maintenue sous forme liquide avant d’être utilisée. Des recherches publiées dans Science Advances expliquent comment le dope passe à travers des canaux dans le corps de l’araignée jusqu’à la filière. Ce liquide chargé de protéines, composé de structures individuelles appelées spidroïnes, s’auto-assemble. Il se plie et s’entrelace pour former instantanément de la soie d’araignée.
Plus remarquable encore, l’araignée peut choisir le type de toile à tisser à volonté, allant des filières ultra-résistantes aux cocons d’œufs. Le déclencheur pour déterminer le type de soie se produit lorsque le dope est exposé à de l’acide en sortant de la filière. Pendant ce temps, la substance s’allonge et se lie à travers d’innombrables conduits qui se rétrécissent continuellement. Ce processus, fruit de millions d’années d’évolution, est extraordinairement complexe, et la méthode par laquelle les araignées tissent leurs toiles varie d’une espèce à une autre.
Cités Toile
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Certaines espèces d’araignées mènent une vie sociale intense et peuvent se regrouper en des colonies énormes. À l’aide de leurs toiles, elles créent ce qui peut être qualifié de « spideropolis. » Selon Popular Science, la forêt tropicale d’Amérique du Sud abrite certaines des plus grandes colonies d’araignées sociales, comme l’espèce Anelosimus eximius. Une grande colonie de ces araignées peut mesurer près de 5 mètres de haut et plus de 4 mètres de large. Cependant, les auteurs de « Leçons d’Amazonie » 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 tissée en hauteur autour des plantes, des arbres ou d’autres supports. Ces types de toiles massives et désorganisées ne dépendent pas de la colle pour attraper leur proie. En effet, les filaments de soie individuels sont si fins qu’ils peuvent se prendre dans les poils des insectes. La vie communautaire dans ces toiles gigantesques présente des avantages: les araignées partagent les tâches de couvaison des œufs, travaillent ensemble pour réparer les toiles, attraper des proies plus grandes et partager la nourriture.
Utilisation lors de l’accouplement
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Il existe de nombreuses espèces d’araignées où, lors de l’accouplement, le mâle est mangé par la femelle. Les veuves noires, par exemple, tiennent leur nom de ce comportement. Bien que de nombreux mâles araignées semblent préférer mourir pendant l’accouplement, certains préféreraient raisonnablement ne pas être cannibalisés, donc ils utilisent leurs compétences fiables en matière de toiles d’araignée pour survivre à leur rendez-vous.
Par exemple, les mâles de certaines espèces telles que Ancylometes bogotensis et Nephila pilipes sont souvent bien plus petits et moins agressifs que les femelles. Les mâles utilisent leur soie pour ligoter les femelles pendant la séduction afin de se protéger. La soie peut servir de couche légère de soie imprégnée de phéromones, ou d’une liaison plus substantielle pour les pattes. Dans tous les cas, cette activité semble destinée uniquement à apaiser la femelle, ce qui facilite le processus d’accouplement. Ainsi, la fonction apaisante des toiles semble plus importante que la contrainte physique réelle – après tout, les araignées femelles peuvent facilement se libérer des liens de soie une fois l’accouplement terminé.
Collecteurs d’eau
Une des caractéristiques les plus inattendues d’une toile d’araignée est sa capacité à retenir les gouttelettes d’eau. Si vous avez déjà vu la rosée s’accrocher abondamment à une toile d’araignée le matin, c’est parce qu’elles sont 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 et des joints en fuseau très efficaces pour collecter l’eau.
Inspirés, les scientifiques et 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 lui ajoutant des bosses en spirale, similaires à celles de la soie d’araignée, l’eau se collecte naturellement par condensation. En réalité, la quantité d’eau accumulée est stupéfiante, puisqu’une de ces bosses peut retenir jusqu’à 2 000 fois son volume en eau. Et si cette technologie peut être développée à plus grande échelle, elle pourrait contribuer à pallier les problèmes d’approvisionnement en eau instables à travers le monde.