Les incroyables secrets des toiles d’araignée et leur ingénierie naturelle

par Angela
0 commentaire
A+A-
Reset
Les incroyables secrets des toiles d'araignée et leur ingénierie naturelle

Secrets fascinants des toiles d’araignée

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 « mangeur d’oiseaux » Goliath d’un pied de large, qui se nourrit non seulement d’oiseaux mais aussi de grenouilles, de rongeurs et d’une variété d’insectes. Mais ce qui est peut-être le plus reconnaissable chez les araignées, ce sont leurs toiles en soie.

Alors que la plupart des gens se représentent généralement une image générique de toiles d’araignée – des structures circulaires, délicates et semblables à du gossamer tissées en motifs géométriques complexes, attendant simplement d’emmêler les cheveux du promeneur de chien imprudent – elles peuvent revêtir de nombreuses formes. Leur objectif peut également aller bien au-delà de la simple capture d’insectes volants, et le matériau même dont elles sont tissées – la soie – joue un rôle crucial pour la survie des araignées.

Les toiles d’araignée et la soie dont elles sont faites sont des merveilles biologiques, que les scientifiques continuent d’étudier de près. Attention aux arachnophobes, mais si vous n’êtes pas encore trop dégoûtés, voici quelques faits fascinants sur les toiles d’araignée.

spider web black background

Maintenant, plongeons ensemble dans l’ingénierie naturelle des toiles d’araignée pour découvrir les étonnants secrets qui se cachent derrière ces constructions fascinantes. Les araignées nous dévoilent un monde complexe et extraordinaire, où la science et la nature se rejoignent dans une symphonie d’ingéniosité et de beauté.

Nanofibrilles créent une incroyable résistance

Les toiles d’araignée sont incroyablement solides pour leur taille. L’Université de Bristol rapporte que si vous fabriquiez un câble en 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 des scientifiques ont suggéré qu’un câble en soie d’araignée de la taille d’un stylo ou d’un crayon pourrait lasser et arrêter un avion de ligne jumbo en vol.

Les propriétés physiques de ces structures sont si impressionnantes que les scientifiques et les ingénieurs sont enthousiastes à propos des utilisations potentielles de la soie d’araignée. Récemment, des chercheurs ont analysé la soie des araignées recluse pour comprendre sa solidité. Les résultats, publiés dans ACS Macro Letters, révèlent 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 est possible que les ponts suspendus soient soutenus par des fibres aussi fines qu’un fil de laine.

Les différents types de soie d’araignée

Les araignées mènent une vie complexe à capturer des proies, construire des toiles, sauter de hauteurs pour vous surprendre, et se reproduire. 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 se valent pas. Les filières peuvent produire sept types de soie, chacun étant utilisé à des fins différentes.

Un type spécifique de soie est utilisé pour emballer les proies, un autre pour former des cocons, et une soie d’une composition différente produit des filins longs et non collants – ceux-ci sont principalement utilisés pour construire des toiles. Certaines araignées peuvent même produire de la soie agissant comme du ciment. Pour générer chaque type de fil soyeux, les araignées peuvent 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, dont sept sont connus, bien que toutes les araignées produisent les filins robustes. 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 des cocons.

Lassos de toile

Une idée populaire sur les toiles d’araignée est qu’elles sont purement passives. En d’autres termes, une araignée tisse sa toile et attend tranquillement que le déjeuner vienne s’y empêtrer. Cependant, la vérité est que certaines araignées utilisent activement leur soie pour attraper leur repas, un peu à la manière dont Spider-Man tire des toiles pour ligoter les super-vilains.

Selon ScienceNews, la plupart des araignées évitent de manger les fourmis, qui peuvent infliger une puissante piqûre et être venimeuses. Les araignées qui attaquent les fourmis les prennent généralement par surprise par l’arrière ou les laissent se retrouver piégées dans une toile – des jeux d’enfants comparés à l’utilisation créative de ses pouvoirs de soie par l’extraordinaire araignée australienne chasseuse de fourmis.

Une étude publiée dans PNAS a rapporté que l’araignée chasseuse de fourmis australienne a mis au point une méthode acrobatique pour traiter et déguster des fourmis. Dans une position tête en bas sur un tronc d’arbre, l’araignée attend qu’une fourmi malchanceuse passe à proximité. Lorsque l’une se trouve à portée, elle se lance en vol au-dessus de la fourmi et lui jette une toile. L’araignée atterrit ensuite et saute autour de la fourmi capturée, la bouclant dans un lasso collant pour l’immobiliser, avant de planter ses crocs dans son dîner. Toute la chasse se termine en une fraction de seconde, et apparemment, cette technique est tellement efficace que cette espèce se nourrit presque exclusivement de fourmis.

Les toiles ont commencé en tant que fils de déclenchement.

Le type de toile d’araignée le plus connu se retrouve dans tous les jardins, et sa fonction est également bien connue. Tendues entre des supports tels que des branches d’arbres, elles sont maintenues en l’air en attendant les 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 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 filé de la soie pour créer leurs capsules d’œufs et pour tapisser des terriers. Les araignées primitives ne se tenaient pas 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 portée pour capturer des proies et détecter les ennemis proches.

Certaines araignées utilisent encore ce système de fils de déclenchement, comme les araignées mygales particulièrement 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 fils de déclenchement. Lorsqu’un repas tombe dans l’un d’eux, l’araignée surgit, lui injecte du venin, et le traîne jusqu’à son terrier.

Les décorations peuvent attirer plus de proies… et de prédateurs

Les toiles d’araignée sont objectivement magnifiques, mais certaines araignées redoublent d’efforts pour les décorer, en utilisant une variante de leur matériau de construction préféré. Les araignées orbiculaires tisseront une sorte de soie appelée stabilimentum, permettant la création de structures plutôt sophistiquées.

La fonction exacte des stabilimenta décoratifs est sujette à débat, les propositions allant des avantages structurels aux avantages physiologiques. Une recherche fascinante, publiée dans les Revue de la Société Royale, suggère que les stabilimenta hautement visibles attirent les proies. Ces structures réfléchissent exceptionnellement bien la lumière ultraviolette, et il a été démontré expérimentalement que les insectes y sont attirés à un taux plus élevé que par les toiles non décorées.

Cependant, cette signalisation pour les insectes n’est pas sans conséquences. Une autre étude (via les Actes de la Société Royale) avance que les motifs réfléchissants indiquent aux prédateurs arachnides la disponibilité de nourriture. En fait, certains prédateurs pourraient même apprendre la couleur spécifique de ces structures pour les rechercher délibérément.

Voyage aérien sur 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 filaments de soie, les araignées sont propulsées dans l’atmosphère dans une technique appelée le « vol en ballon ». En fait, certaines araignées peuvent atteindre des altitudes de 2,5 miles, directement dans le courant-jet. Le vol en ballon permet à certaines espèces d’araignées de parcourir des distances incroyables. Par exemple, selon Science News, les ancêtres d’une espèce d’araignées à trappe auraient probablement voyagé d’Afrique jusqu’à une île au large de l’Australie en flottant sur de la soie d’araignée. Les araignées utilisent le vol en ballon pour étendre leur territoire et s’installer dans de nouveaux habitats.

Alors que le vol en ballon est fascinant en soi, une étude récente publiée dans Current Biology révèle 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 posséder des capacités surnaturelles, tout est lié à la biologie. Les araignées détectent le champ électrique grâce à des poils appelés trichobothries, de manière similaire à la façon dont les cheveux humains se dressent avec l’électricité statique, mais de manière beaucoup plus sensible.

Les maisons sous-marines

De l’Europe du Nord à la Sibérie, l’araignée d’eau, ou araignée-globe, est la seule espèce d’araignée à vivre entièrement dans l’eau. C’est sa soie qui lui permet cette existence aquatique.

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 à sa toile sous-marine, où elle place les bulles d’air. Cela résulte en une caverne sous-marine maintenue en place par un plafond tissé. Ensuite, petit à petit, l’araignée agrandit la structure pour créer un repaire plus spacieux.

Les araignées-globes utilisent ces nids comme leurs camps de base et postes d’affût. 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 apprécier un repas tranquille. Plus important encore, le repaire 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 en collecter davantage d’air. Pendant l’hiver, elle nage plus profondément et construit des nids plus solides dans des objets tels que des coquilles d’escargot.

Protection contre les environnements extrêmes

Les araignées peuvent construire des habitats qui, bien que pas luxueux, les protègent des éléments. Par exemple, de nombreuses araignées utilisent leur soie pour créer un revêtement pour leurs abris. Les araignées à toile en entonnoir en Australie, par exemple, habitent généralement les fentes et les crevasses près des fondations des bâtiments et les tapissent de toiles.

Dans d’autres endroits, la soie est encore plus vitale pour la survie, avec comme exemple le cas extrême de l’araignée sauteuse de l’Himalaya. Ces petites créatures sont les prétendantes les plus probables au titre de l’animal terrestre vivant à la plus haute altitude, avec des spécimens trouvés à jusqu’à 22 000 pieds, sur le mont Everest.

De telles altitudes produisent des conditions extrêmement difficiles 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 la montagne pour se nourrir de la végétation soufflée par les vents. Toute l’écologie, un biome éolien, dépend uniquement des particules alimentaires transportées par le vent – et tout en haut 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 et diaphanes. Pour préserver la structure d’une toile, les araignées utilisent une forme de maintenance plus proche de celle d’un accordeur de piano. Une recherche publiée dans le journal Advanced Materials révèle qu’en tant que partie du processus de maintenance, les araignées pincent leurs toiles 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 ont 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 fils, de ressentir ce qui se passe dans son chez-soi à travers les vibrations acoustiques.

Lorsqu’une araignée pince sa toile, le son est renvoyé vers elle, l’informant des dommages causés à 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 renvoyées à l’araignée sont si détaillées qu’elles lui permettent de savoir précisément où se trouve la proie dans la toile, ou où des dommages se sont produits.

garden spider in web

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 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.

Le liquide qui devient de la soie d’araignée (appelé « dope ») est maintenu sous forme liquide avant d’être utilisé. Des recherches publiées dans Science Advances expliquent comment la dope passe à travers des canaux dans le corps de l’araignée jusqu’aux filières. Ainsi, le 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 remarquablement, l’araignée peut choisir le type de toile à tisser à sa guise, allant de fils ultra-résistants à un sac d’œufs. Le déclencheur pour déterminer le type de soie se produit lorsque la dope est exposée à de l’acide en sortant par les filières. Pendant ce temps, la substance est allongée et liée à travers d’innombrables canaux qui se rétrécissent continuellement. Ce processus, basé sur des millions d’années d’évolution, est extraordinairement complexe, et la manière dont 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 de vastes colonies. À l’aide de leurs toiles, elles créent ce qui peut être décrit comme des « toiles-villes ». Popular Science rapporte que la forêt tropicale d’Amérique du Sud abrite certaines des plus grandes colonies d’araignées sociales, telles que l’espèce Anelosimus eximius. Une grande colonie de ces araignées peut mesurer près de 5 mètres de hauteur et plus de 4 mètres de largeur. Cependant, les auteurs de « Lessons From Amazonia » affirment que la taille typique est d’environ plusieurs mètres cubes, ce qui équivaut tout de même à plus d’une centaine de pieds cubes.

Les colonies sont composées d’une toile en feuille, généralement tissée en hauteur autour des plantes, des arbres ou autres supports suspendus. Ces types de toiles massives et désorganisées ne reposent pas sur la viscosité pour capturer leur proie. En réalité, les brins de soie individuels sont si fins qu’ils peuvent accrocher les poils sur le corps des insectes. La vie communautaire dans ces immenses toiles présente des avantages : les araignées partagent les tâches de couvaison des œufs, travaillent ensemble pour réparer les toiles, capturer des proies plus grandes et se nourrir collectivement.

Ils sont utilisés pour la reproduction

Il existe de nombreuses espèces d’araignées où, lors de l’accouplement, le mâle est mangé par la femelle. Par exemple, les veuves noires ont gagné leur nom en raison de ce comportement. Bien que de nombreux mâles araignées semblent préférer mourir pendant l’accouplement, certains préféreraient raisonnablement ne pas être cannibalisés, et utilisent donc leurs compétences fiables de tissage 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 bien plus petits que les femelles beaucoup plus agressives. Les mâles utilisent leur soie pour attacher les femelles pendant la cour. La soie peut être utilisée comme une légère couverture de soie imprégnée de phéromones, ou un lien plus substantiel pour les pattes. Dans tous les cas, cette activité semble être uniquement destinée à calmer la femelle, ce qui facilite le processus d’accouplement. Ainsi, la fonction apaisante des fils semble être plus importante que la contrainte physique réelle – après tout, les araignées femelles peuvent facilement se libérer des liens soyeux une fois l’accouplement terminé.

Collecteurs d’eau

L’une des caractéristiques les plus inattendues d’une toile d’araignée est sa capacité à retenir les gouttelettes d’eau. Si vous avez déjà remarqué la rosée s’accrochant lourdement à 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 et des joints de broche très efficaces pour collecter l’eau.

Inspirés par ce phénomène naturel, des scientifiques et des ingénieurs ont créé des toiles d’araignée artificielles en vue de résoudre les pénuries d’eau. En introduisant des bosses en spirale dans une fibre synthétique, semblables à celles présentes dans la soie d’araignée, ils ont constaté que l’eau se collecte naturellement par condensation. En réalité, la quantité d’eau accumulée est impressionnante puisqu’une de ces bosses peut retenir jusqu’à 2 000 fois son volume en eau. Si cette technologie peut être développée à grande échelle, elle pourrait contribuer à atténuer les problèmes d’approvisionnement en eau instables à travers le monde.

Suggestions d'Articles

Laisser un Commentaire