L’un des acteurs les plus impressionnants de la nature : Spring’s Tail

Parmi les merveilles du monde naturel que peu de gens ont remarquées : le collembole semi-aquatique en mouvement.

Il existe environ 9 000 espèces connues de collemboles – de petits invertébrés ressemblant à des puces – dans le monde. Beaucoup vivent dans des habitats sombres et humides, mais on les trouve sur les sept continents ; Certains migrent même sur la neige. Les arthropodes parcouraient la Terre en lançant leur corps dans les airs, tournant parfois 500 fois par seconde, comme des artistes de cirque tirant à partir de canons autoportants. Bonne chance pour jeter un coup d’œil au spectacle de hamacs – la plupart des collemboles sont « aussi petits qu’un grain de sable », a déclaré Victor Ortega Jimenez, chercheur en biomécanique à l’Université du Maine qui étudie les créatures.

Maintenant, une série de vidéos au ralenti agrandies de ces sauts à indice d’octane élevé, publiées par le Dr Ortega Jimenez et ses collègues de article Publié lundi dans les Actes de l’Académie nationale des sciences, il révèle un élément de peu de contrôle physique qui est presque agile. Les visuels aident à expliquer en détail comment le ressort de queue saute dans les airs et finit sur ses pieds presque à chaque fois qu’il atterrit.

Le Dr Ortega Jiménez a déclaré que la dominance de la queue pulsante provenait en grande partie de leur caractéristique la plus distinctive et la plus mystérieuse, le colophore, un tube sortant de leur estomac. Ce tube interagit de différentes manières avec les forces qui entourent les animaux : traînée, tension superficielle, gravité. « Ils profitent de l’eau et de l’air », a déclaré le Dr Ortega Jimenez.

La queue pulsante n’est pas un insecte, bien qu’elle ait longtemps été classée comme telle en raison de ses six pattes, de ses corps segmentés et de ses antennes. En raison de leur bouche, qui s’est rétractée à l’intérieur de leur tête, ils constituent désormais la majorité d’une classe taxonomique différente : les entognatha.

Taxonomiquement, le collembole s’appelle Collembola, une désignation qui lui a été donnée par John Lubbock, un polyglotte anglais du 19e et du début du 20e siècle. Le mot vient des mots grecs signifiant « colle » et « cheville ». Lubbock a choisi le nom du comportement qu’il a observé après avoir tourné un ressort sur leur dos et fait voler un morceau de verre sur leur estomac. Les animaux atteignaient la coquille avec leurs pattes tout en émettant du liquide des bords de leurs bords et en le poussant vers la surface. Ce questionneur, Lubbock A écrit« Sans aucun doute, cela donne une meilleure chance. »

D’autres chercheurs ont contesté plus tard cette interprétation de la fonction colophore. Au XXe siècle, l’explication fonctionnelle la plus acceptée des colophores – la seule partie du corps de la queue d’une source qui attire l’eau – était la suivante Un moyen d’absorber les nutriments. D’autres usages ont été suggérés au XXIe siècle : il peut être Outil autonettoyant ou un moyen de Dessine un saut de printemps.

Le Dr Ortega Jimenez, dont les recherches portent sur la façon dont les animaux se déplacent, s’est intéressé à un ressort arrière lorsqu’il les a vus sauter près d’un ruisseau. Alors qu’on croyait que les animaux ne pouvaient que s’orienter dans une direction, puis Tournant sauvagement dans les airsLorsque les arthropodes ont sauté de la rive dans l’eau et vice-versa, le Dr Ortega Jimenez a remarqué qu’ils semblaient avoir atterri exactement là où ils avaient commencé. Cela nécessite une sorte de contrôle tout au long du saut.

De retour au laboratoire, le Dr Ortega Jimenez a commencé à filmer des collemboles en vol et a conçu une petite soufflerie pour voir comment les animaux gèrent différentes conditions météorologiques. Il a découvert que le colophore de la queue du ressort était impliqué dans toutes les parties du saut.

Pendant le décollage, lorsque la queue des ressorts a heurté une fracula en forme de queue de l’eau, les colophores ont ramassé une goutte d’eau. Lorsque les animaux tournaient dans les airs, ils courbaient leur corps en forme de U, ce qui ralentissait leur rotation et leur permettait finalement de voler directement dans les airs, comme de petits super-héros.

Lorsqu’ils sont retournés à l’envers dans une soufflerie, les ressorts de queue avec des gouttelettes d’eau sur leur boîtier ont pu se retourner en moins de 20 millisecondes, plus rapidement que n’importe quel animal précédemment enregistré. Les poitrines sont sorties, la queue palpitante est descendue et le colophore d’eau lui a donné une base plus ferme et une adhérence collante à la surface.

« Ils faisaient du parachutisme et ils atterrissaient sur leurs pieds », a déclaré le Dr Ortega Jimenez.

À l’aide de modèles mathématiques, les chercheurs ont découvert que les ressorts de queue qui avaient des gouttelettes d’eau sur leurs enveloppes fluctuaient beaucoup moins lorsqu’ils atterrissaient que la queue des ressorts secs. Ils peuvent finir sur leurs pieds en deux fois moins de temps. Bien que les colophores aient probablement d’autres fonctions, leur rôle dans le saut – pendant le décollage, le vol et l’atterrissage – semble crucial, a déclaré Saad Bahla, chercheur en biomécanique au Georgia Institute of Technology qui a également travaillé sur la recherche. « C’est, pour moi, la fonctionnalité intéressante ici », a-t-il déclaré.

Le Dr Bhamla a contribué à l’introduction de la robotique, qui a conçu un robot à queue à ressort qui peut se corriger dans les airs et atterrir sur ses pieds 75% du temps. Il a dit que ce type de contrôle n’a pas été bien étudié en robotique, qui se concentre souvent sur le décollage. Construire une machine qui peut atterrir constamment sur ses pieds signifie construire une machine qui peut être prête à sauter plus tôt. Parce que s’ils peuvent contrôler le saut, ils peuvent continuer à le faire encore et encore », a déclaré le Dr Bhamla. « C’est plus intéressant. »

Le Dr Ortega Jimenez a déclaré que cela pourrait également fournir une explication évolutive du houblon de printemps. Bien qu’il y ait beaucoup de spéculations à ce stade et que « l’évolution de ces bêtes sauteuses est un mystère », la récupération rapide du saut permet au springer de mieux échapper aux prédateurs. « La préparation est essentielle à la survie », a déclaré le Dr Ortega Jimenez.

Les chercheurs ont été surpris de trouver autant de contrôle chez de si petits animaux. Mais la dynamique à petite échelle est souvent contre-intuitive, et même les caractéristiques de base sont facilement négligées. Un peu d’eau sur le ventre peut tout changer.

« Concernant la conception, c’est très simple », a déclaré le Dr Bhamla. « Il est comme, ‘Pourquoi n’ai-je pas pensé à ça?' » «