Les araignées sauteuses australiennes tirent plus de G qu'un pilote de chasse
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Des scientifiques ont découvert comment le système semi-hydraulique d'une araignée sauteuse australienne lui permet de sauter sur de longues distances avec précision, tout en subissant des forces gravitationnelles supérieures à celles des pilotes de chasse. Leurs découvertes pourraient alimenter la recherche en robotique.
La plupart des animaux terrestres peuvent sauter, et, chose terrifiante, certaines araignées aussi. Les araignées sauteuses se propulsent grâce à une combinaison particulière de pression hydraulique et d'action musculaire. Ainsi, si la perspective d'une araignée sauteuse peut paraître embarrassante, la biomécanique qui la sous-tend est certainement intéressante.
De nouvelles recherches menées par l'Université Macquarie de Sydney ont examiné en détail la capacité de saut de l'araignée paon splendide d'Australie afin de mieux comprendre la biomécanique semi-hydraulique unique qui la sous-tend.
« Ces araignées sont si petites qu'on pourrait en mettre quatre ou cinq sur l'ongle de son pouce », a déclaré Ajay Narendra, professeur associé à l' École des sciences naturelles de l'Université , auteur principal et correspondant de l'étude. « Les mâles ne pèsent que deux milligrammes – ce qui en fait l'une des araignées sauteuses les plus légères connues – tandis que les femelles sont six fois plus lourdes. »
Araignées paons splendides mâles (A) et femelles (B) (Maratus splendens)
Les araignées paons splendides ( Maratus splendens ) sont des sauteuses. Cependant, leurs sauts ne sont pas actionnés par des muscles ou des ressorts. Bien que les araignées possèdent des muscles fléchisseurs (c'est-à-dire de flexion) dans leurs pattes, elles ne possèdent pas les muscles extenseurs nécessaires à l'extension des jambes et aux sauts puissants. Elles utilisent plutôt une stratégie inhabituelle appelée « système de locomotion semi-hydraulique ».
Avant de sauter, une araignée contracte les muscles de son céphalothorax (la tête et le thorax fusionnés des araignées) pour injecter de l'hémolymphe, leur version du sang, dans ses pattes. L'hémolymphe exerce une pression dans les pattes, ce qui provoque leur extension rapide. Lorsque l'araignée relâche la pression, les pattes se projettent brusquement vers l'avant, la propulsant dans les airs avec une force considérable.
En raison de leurs tailles et de leurs formes corporelles différentes, les araignées sauteuses mâles et femelles présentent des dynamiques de saut différentes. Les mâles aux couleurs vives sont plus petits que les femelles aux couleurs unies, dont le corps doit accumuler des ressources pour la ponte.
Les chercheurs ont collecté des araignées paons splendides adultes, mâles et femelles, et les ont placées sur une plateforme d'envol horizontale, dans un laboratoire maintenu à une température constante de 24 °C. Une plateforme d'atterrissage verticale a été placée à 4 cm de la plateforme d'envol. Les araignées ont été enregistrées sautant de la plateforme d'envol à la plateforme d'atterrissage de leur propre initiative. Autrement dit, elles n'ont pas été poussées à sauter ; le saut s'est produit naturellement.
Images accélérées d'araignées mâles et femelles effectuant un saut de 4 cm
« Nous avons fait sauter les araignées sur un espace de quatre centimètres entre une plateforme de décollage et une plateforme d'atterrissage, que nous avons filmé à 5 000 images par seconde à l'aide d'une caméra à grande vitesse », a déclaré Anna Seibel, étudiante en master de recherche à Macquarie et co-auteure de l’étude.
Après avoir été filmées, les araignées ont été relâchées dans leur habitat naturel. Les chercheurs ont ensuite procédé à une analyse manuelle image par image des images, suivant différentes structures corporelles et extrayant des coordonnées permettant de reconstituer la trajectoire du saut. Ils ont également pu déterminer, à partir des images, comment les différentes pattes contribuaient au saut. D'ailleurs, lorsqu'on observe une araignée paon splendide mâle, ce qui ressort le plus, c'est sa troisième paire de pattes.
« La troisième paire de pattes est plus longue, plus foncée et plus épaisse que les autres, et est couverte de touffes de poils », explique Pranav Joshi , co-auteur et doctorant en biomécanique des araignées. « Les mâles étendent ces pattes et les agitent devant les femelles pendant la parade nuptiale. »
Après avoir étudié la cinétique de saut de 10 araignées mâles et 12 femelles, les chercheurs ont découvert que les troisième et quatrième paires de pattes « jouaient un rôle crucial » dans le saut des deux sexes. Les araignées paons ont levé leurs deux premières paires de pattes et les ont étendues devant leur corps. La quatrième paire a ensuite quitté la plateforme d'envol, suivie quelques millisecondes plus tard par la troisième paire, qui a été la dernière à quitter le sol. Ces résultats suggèrent que la troisième patte était la « patte propulsive » chez les paons splendides mâles et femelles.
Des araignées paons splendides mâles et femelles effectuant un saut ciblé avec précision
Les chercheurs ont également constaté que l'accélération des araignées était la plus rapide de toutes les araignées sauteuses connues. Les mâles, plus légers, avaient des temps de décollage nettement plus courts que les femelles. En moyenne, les araignées mâles et femelles ont subi l'équivalent de 13,03 g et 12,5 g respectivement au décollage, ce qui est plus élevé que pour toute autre araignée sauteuse connue. À propos, un humain moyen peut supporter environ 5 g avant de perdre connaissance. Un pilote de chasse entraîné , portant une combinaison anti-G, peut supporter jusqu'à 8 ou 9 g.
« Chez les animaux comme nous, au corps plus rigide, la capacité à résister aux forces gravitationnelles est bien plus limitée que chez les araignées, dont le corps mou et fluide supporte bien mieux cette pression », explique Ajai Narendra. « Leur faible masse corporelle réduit les forces agissant sur leur corps. Cela réduit également la tension exercée sur chaque partie du corps, car les forces sont réparties sur l'ensemble du corps. »
Les chercheurs pensent que leurs découvertes pourraient être utilisées pour aider au développement de la robotique.
« Les araignées sauteuses possèdent une capacité exceptionnelle à contrôler leurs sauts pour atteindre des cibles spécifiques, qu'il s'agisse d'atterrir sur des surfaces ou d'attraper de petits insectes rapides », a déclaré Ajay Narendra. « Les chercheurs en robotique seront probablement inspirés par la construction de robots basés sur les systèmes semi-hydrauliques des araignées sauteuses, dotés de mouvements efficaces et ciblés. »