Des centaines de mètres de profondeur dans l'obscurité de l'océan, un requin glisse vers ce qui ressemble à un repas. C'est un peu moche, ressemblant à une anguille et pas particulièrement charnu, mais toujours probablement de la nourriture. Alors le requin frappe.

C'est là que l'interaction de la biologie et de la physique devient mystérieuse, tout comme le requin trouve son dîner interrompu par un nuage de boue protectrice qui est apparu de nulle part autour d'une myxine par ailleurs placide.

Jean-Luc Thiffeault, professeur de mathématiques à l'Université du Wisconsin-Madison, et ses collaborateurs Randy Ewoldt et Gaurav Chaudhary de l'Université de l'Illinois ont modélisé mathématiquement le mécanisme de défense induisant le bâillon de la myxine, publient aujourd'hui leurs travaux dans le Journal de la Royal Society Interface .

La myxine océanique est unique pour toutes les raisons les plus étranges. Il a un crâne, mais pas de colonne vertébrale ni de mâchoire. Sa peau pend librement sur son

corps, attaché seulement le long du dos. Ses dents et ses nageoires sont primitives, structures sous-développées mieux décrites avec des qualificatifs - "en forme de dent" et "en forme de nageoire".

Mais il a un truc incroyable jusqu'à ce effrayant, manchon de peau lâche :En un clin d'œil (ou en un éclair d'attaque de la queue et des dents), la myxine peut produire plusieurs fois le volume de son propre corps en vase. Le goop est si épais et fibreux, les prédateurs n'ont d'autre choix que de cracher la myxine et d'essayer de se vider la gueule. " dit Thiffeault. " En fait, ça les tue souvent, parce que cela obstrue leurs branchies."

Le gel est un réseau enchevêtré de microscopiques, des fils emprisonnant l'eau de mer se déroulaient des boules de substance éjectées des glandes le long de la peau de la myxine. Ces "écheveaux" ne mesurent que 100 millionièmes de mètre de diamètre (deux fois la largeur d'un cheveu humain), mais si densément enroulés qu'ils peuvent contenir jusqu'à 15 centimètres de fil. Des scientifiques curieux ont déjà examiné l'effilochage, mettre les écheveaux dans de l'eau salée pour voir combien de temps il leur a fallu pour se séparer.

"La myxine le fait en moins d'une demi-seconde, mais il a fallu des heures de trempage pour que les fils se desserrent dans les expériences, " dit Thiffeault, dont les recherches portent sur la dynamique des fluides et le mélange. "Jusqu'à ce qu'ils remuent l'eau, et c'est arrivé plus vite. L'agitation était la chose."

Les modélisateurs de slime ont cherché à savoir si les mathématiques pouvaient leur dire si les forces de l'eau turbulente d'une attaque mordante étaient suffisantes pour dérouler les écheveaux et fabriquer le slime, ou si un autre mécanisme, comme une réaction chimique fournissant un peu de pop à l'écheveau, était nécessaire.

Ewoldt, professeur de génie mécanique, et son étudiant diplômé Chaudhary a commencé à démêler des écheveaux au microscope, en observant le processus alors que des bouts de fil libres collent à l'extrémité d'une seringue en mouvement et que des longueurs de fuite sortent de la balle.

"Notre modèle repose sur l'idée d'une petite pièce qui pend au départ, et puis un morceau qui est retiré, " dit Thiffeault. " Considérez-le comme un rouleau de ruban adhésif. Pour commencer à tirer le ruban d'un nouveau rouleau, vous devrez peut-être chercher la fin et la détacher avec votre ongle. Mais s'il y a déjà une fin libre, c'est facile de l'attraper avec quelque chose et de se lancer."

Le déroulement nécessite une différence suffisamment importante entre la traînée sur l'extrémité libre et une poussée opposée sur l'écheveau - un rapport plus grand qu'un point de basculement que les chercheurs appellent officieusement le "nombre de pelage" - pour libérer plus de fil.

"Il est peu probable que cela se produise si tout se déplace librement dans l'eau, " dit Thiffeault. " La principale conclusion de notre modèle est que nous pensons que le mécanisme repose sur le fait que les fils s'accrochent à autre chose - d'autres fils, toutes les surfaces à l'intérieur de la bouche d'un prédateur, à peu près n'importe quoi, et c'est à partir de là que ça peut vraiment être explosif."

Il ne doit même pas s'agir d'un seul problème.

"La biologie étant ce qu'elle est, il n'a pas besoin d'être exact. Les choses deviennent désordonnées, " dit Thiffeault. " Ce fil conducteur peut s'accrocher un peu, puis glisser, puis se faire attraper à nouveau. Tant que ça arrive à assez d'écheveaux, c'est assez rapide que tu sois dans le slime."

Les écheveaux peuvent être boostés par les mucines, des protéines présentes dans le mucus qui pourraient accélérer la rupture du fil tassé, "mais ce genre de choses aiderait simplement l'hydrodynamique, " dit Thiffeault, qui a calculé une fois dans quelle mesure la vie marine nageant mélange des océans entiers avec leurs nageoires et leurs nageoires.

"Il est juste difficile d'imaginer qu'il existe un autre processus que l'écoulement hydrodynamique qui peut conduire à ces échelles de temps, cet éclat de bave, " dit-il. " Quand le requin mord, cela crée des turbulences. Cela crée des flux plus rapides, le genre de choses qui fournissent la semence pour que ces choses se produisent. Rien ne se passera aussi bien que dans notre modèle, ce qui est plutôt un bon début pour quiconque souhaite prendre plus de mesures, mais notre modèle montre que les forces physiques jouent le plus grand rôle. »

L'hydrodynamique de la boue de myxine n'est pas seulement une curiosité. Comprendre la formation et le comportement des gels est un problème permanent dans de nombreux processus biologiques et applications industrielles et médicales similaires."

L'une des choses sur lesquelles nous aimerions travailler à l'avenir est le réseau de threads. J'aime penser les matériaux de modélisation comme de grandes collections aléatoires de fils, " dit Thiffeault. " Un modèle simple de fils enchevêtrés peut nous aider à voir comment ce réseau détermine les propriétés macroscopiques de beaucoup de différents, matériaux intéressants."