Certaines espèces de serpents rampent sur le sol, tandis que d'autres grimpent aux arbres, plonger dans le sable ou glisser sur l'eau. Aujourd'hui, les scientifiques rapportent que la chimie de surface des écailles de serpent varie selon les espèces qui négocient ces différents terrains. Les résultats pourraient avoir des implications pour la conception de matériaux durables, ainsi que des robots qui imitent la locomotion des serpents pour traverser des surfaces qui seraient autrement infranchissables.

Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd'hui lors de la réunion de printemps de l'American Chemical Society (ACS).

La recherche a commencé en collaboration avec le Woodland Park Zoo de Seattle, explique Tobias Weidner, Doctorat., le chercheur principal du projet. L'un des biologistes du zoo a déclaré à Weidner que l'on ne savait pas grand-chose sur la chimie des surfaces des serpents. "Les biologistes n'ont généralement pas de techniques permettant d'identifier les molécules sur la couche la plus externe d'une surface telle qu'une écaille de serpent, " dit-il. "Mais je suis un chimiste, un scientifique des surfaces, alors j'ai senti que je pouvais ajouter quelque chose à l'image avec les méthodes de mon laboratoire."

Dans ce projet initial, les chercheurs ont découvert que les serpents terrestres sont recouverts d'une couche lipidique. Cette couche huileuse est si fine - à peine un ou deux nanomètres - que personne ne l'avait remarquée auparavant. L'équipe a également découvert que les molécules de cette couche sont désorganisées sur les écailles du dos du serpent mais très organisées et densément emballées sur les écailles du ventre, un dispositif qui assure la lubrification et la protection contre l'usure.

"Certaines personnes ont peur des serpents parce qu'ils pensent qu'ils sont visqueux, mais les biologistes leur disent que les serpents ne sont pas visqueux; ils sont secs au toucher, " dit Weidner. " C'est vrai, mais c'est aussi ne pas vrai parce qu'à l'échelle nanométrique, nous avons trouvé qu'ils sont en fait gras et visqueux, bien que vous ne puissiez pas le sentir. Ils sont « nanoslimy ».

Dans la nouvelle étude, l'équipe a voulu savoir si cette chimie de surface nanogluante diffère en espèces adaptées à divers habitats, dit Mette H. Rasmussen, un étudiant diplômé qui présente les dernières découvertes lors de la réunion. Weidner et Rasmussen sont tous deux à l'Université d'Aarhus au Danemark.

Travailler avec des peaux récemment perdues, Rasmussen a comparé la chimie de surface du sol, serpents des arbres et des sables. Elle a utilisé la spectroscopie laser et une technique de microscopie électronique qui sonde la chimie de la surface en en éliminant des électrons avec des rayons X. Le projet était une collaboration avec Joe Baio, Doctorat., à l'Université d'État de l'Oregon; Stanislav Gorb, Doctorat., à l'Université de Kiel et des chercheurs du National Institute of Standards and Technology des États-Unis.

Rasmussen a découvert que le serpent arboricole a une couche de molécules lipidiques ordonnées sur son ventre, tout comme le serpent terrestre. Mais le serpent des sables, qui plonge dans le sable, a une couche lipidique ordonnée à la fois sur le devant et le dos. "Du point de vue d'un serpent, Ca a du sens, " dit-elle. " Vous aimeriez avoir cette réduction de friction et cette résistance à l'usure des deux côtés si vous êtes entouré par votre environnement au lieu de simplement vous déplacer à travers. " Ensuite, les chercheurs veulent savoir d'où viennent les lipides et étudier les variations entre d'autres espèces de serpents, y compris ceux qui vivent dans l'eau. Ils aimeraient aussi identifier les lipides, bien que Weidner soupçonne que la composition chimique de la couche lipidique est moins importante que l'organisation et la densité des molécules lipidiques qu'elle contient.

Le travail pourrait avoir de larges applications. "La locomotion ondulante d'un serpent nécessite un contact constant avec la surface qu'il traverse, qui pose des exigences strictes pour le frottement, usure et stabilité mécanique, " dit Rasmussen. En apprenant comment les serpents préservent l'intégrité de leur peau lorsqu'ils rencontrent des rochers pointus, le sable chaud et d'autres défis pourraient aider à la conception de matériaux plus durables.

En outre, disent les chercheurs, plusieurs groupes développent des robots qui imitent la locomotion ondulante ou latérale d'un serpent et, contrairement aux robots à roues, peuvent donc négocier des terrains difficiles tels que des pentes raides, pentes sablonneuses. Ces groupes ont récemment commencé à prendre en compte la microstructure des écailles de serpent, Rasmussen note, mais la chimie de surface des balances est également essentielle à leurs performances. Le rapprochement de ces champs pourrait un jour conduire à des robots serpentins capables d'aider aux opérations de sauvetage ou de libérer un rover martien coincé dans le sable, elle dit.