Nouvelle recherche publiée dans Interface Focus a maintenant placé un autre animal dans l'ensemble auto-affûtant, Schistocerca gregaria, le criquet pèlerin.

Ulrike G. K. Wegst, professeure associée de recherche en physique à la Northeastern University, a découvert que les exosquelettes acridiens accumulent des concentrations de zinc dans leurs mandibules, ce qui durcit leurs « pièces buccales en forme de pelle » – selon la recherche – par rapport à la cuticule environnante. /P>

L'exosquelette d'un criquet est composé de chitine, une matière fibreuse semblable à la cellulose présente dans les plantes et commune aux insectes et à la vie marine comme les crustacés.

La chitine d'un animal varie en fonction de son utilisation. Dans certaines parties du corps, il a besoin de flexibilité, par exemple autour des mâchoires qui doivent s'ouvrir et se fermer, et dans d'autres, il a besoin d'une dureté importante.

Menée en collaboration avec le biologiste Oliver Betz, de l'Université de Tübingen, et Peter Cloetens, du Synchrotron européen, la recherche a examiné comment les parties durcies au zinc des mandibules des criquets s'aiguisent au fur et à mesure de leur utilisation.

Les mâchoires des criquets ne sont pas sans rappeler les mâchoires humaines, dans le sens où un ensemble chevauche légèrement l'autre, bien que les criquets s'ouvrent et se ferment horizontalement.

Au fur et à mesure que les deux moitiés se croisent, les bords durcis s'aiguisent.

Wegst, spécialisé dans la science des matériaux, a identifié une « bordure de zinc » prononcée le long des mandibules grâce à l'utilisation d'un synchrotron – une sorte d'accélérateur de particules – qui utilisait des « rayons X à énergie monochromatique ».

L'avantage de la lumière synchrotron réside dans son intensité :"Nous pouvons réduire le spectre à une énergie très étroite. En fait, nous pouvons le rendre monochromatique", explique Wegst, "ainsi je peux toujours avoir suffisamment d'énergie pour imager, mais je peux aussi positionner exactement cette énergie."

Les matériaux absorbent les rayons X de manière différentielle et, grâce à l'étroitesse du faisceau du synchrotron, les chercheurs ont pu utiliser un processus d'imagerie soustractive pour "mesurer la quantité de zinc d'une part", explique Wegs, et "voir plus facilement comment il est distribué". en trois dimensions."

En construisant un modèle tridimensionnel des mâchoires des criquets, Wegst a ensuite pu identifier comment les bords d'attaque les plus durs des mandibules des criquets coupaient la chitine plus molle qui les entoure lorsqu'ils sont utilisés, conservant ainsi un bord plus tranchant.

"Ce que j'essaie d'obtenir ici avec mon tranchant, c'est une dureté élevée" capable de résister aux matériaux ligneux très abrasifs, explique Wegst. Pour "s'assurer que les bords tranchants restent tranchants le plus longtemps possible", poursuit-elle, cela peut être "obtenu en frottant l'un de ces bords contre l'autre. Ainsi, chaque fois qu'il coupe quelque chose, il s'aiguise également."

Mais l'usure est inévitable, malgré ce «mécanisme très astucieux», comme le qualifie Wegst. Finalement, la bordure s'usera, mais, note Wegst, le criquet perd régulièrement son exosquelette, faisant repousser sa coquille externe chitineuse et ses pièces buccales dures et enrichies en zinc.

Imaginez utiliser un couteau émoussé au lieu d’un couteau tranchant, postule Wegst. "La coupe coûte plus d'énergie, donc pour un animal qui a besoin de manger et de conserver son énergie, un mécanisme de coupe efficace est en fait une stratégie pour survivre. Si j'ai des outils de coupe émoussés - et je reçois mon nouveau couteau dans six semaines - Je vais peut-être mourir de faim entre-temps."

"L'animal doté du mécanisme d'auto-affûtage est avantagé", poursuit-elle, "mais il est également coûteux" pour le criquet de consommer autant de zinc qu'il en a besoin et de le distribuer dans les régions appropriées de l'exosquelette. "C'est un équilibre que l'organisme semble atteindre", en maintenant une distribution efficace "uniquement dans les zones où [le zinc] est le plus nécessaire."

La manière dont le zinc atteint les mandibules et la manière dont les criquets en consomment suffisamment restent des questions ouvertes pour des recherches ultérieures.

Bien qu'ils soient peut-être là-bas, Wegst dit que "nous n'avons pas encore vu d'autres espèces… où nous avons une disposition similaire des arêtes de coupe les unes par rapport aux autres."

Mais Wegst prévoit également que des idées de conception biomimétique découleront de cette recherche. Mais cela ne signifie pas concevoir des copies individuelles. La « biomimétique », dit-elle, implique plutôt « la compréhension des principes de fonctionnement ».

Le principe simple consistant à placer « des ressources dans des zones spécifiques pour rendre quelque chose qui soit tolérant aux dommages, résilient et qui dure longtemps », dit Wegst, « tant que ma structure a besoin de survivre », offre beaucoup à apprendre.