L’engrenage animal (Issus cf. coleoptratus) !

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L’engrenage ! Un fabuleux système mécanique composée d’au moins deux roues dentées en contact direct l’une avec l’autre, et qui est traditionnellement associé au progrès technologique et intellectuel de l’homme. Cette machine mécanique simple est utilisée dans de nombreux domaines, allant de grosses machines industrielles aux voitures et vélos en passant par votre batteur-fouet électrique pour faire monter les œufs en blanc ! Et sa symbolique est forte : on représente souvent quelqu’un en train de penser par des engrenages dans sa têtes qui s’activent et tournent. Une roue dentée est même présente sur le logo de la prestigieuse Ecole Centrale de Lyon ! L’histoire de l’engrenage remonte à très loin. Le plus ancien système comportant un engrenage retrouvé en Europe est probablement le mécanisme d’Anticythère, système de prédiction de position astronomique d’origine grecque et d’une incroyable complexité pour son époque, datée dans les -100 avant J.C. environ. Des engrenages plus anciens ont été retrouvés dans la Chine de la dynastie Han, datés du IIème siècle avant notre ère. Quoi qu’il en soit, les engrenages sont associés au génie humain, et d’ailleurs la nature ne sait pas en faire. Enfin, c’est ce que l’on pensait jusqu’en 1957.

En effet, en 1957 des scientifiques découvrirent la présence de roues dentées chez des larves d’hémiptères type « cicadelles », plus précisément chez les larves de la superfamille des Fulgoroidea. Et plus que de simples roues dentées d’apparats, elles sont totalement fonctionnelles ! Cet engrenage prend la forme de bords dentelés localisés au niveau des trochanters (deuxième segment de la patte d’un insecte, en partant de l’attache au corps) des pattes arrières. Mais à quoi bon peut servir un engrenage pour ces insectes dont les larves ne dépassent guère le centimètre ? En 2013, des chercheurs de Cambridge se sont penchés sur cette question et ont étudiés de plus près ce drôle de système. Il faut tout d’abord savoir que les larves de « cicadelles » sont en général d’incroyables sauteuses, pouvant faire de puissants et longs sauts (vitesse de 2m/s ou plus atteinte en l’espace de quelques millisecondes), à l’instar des criquets. Mais chez ces derniers, les pattes sauteuses sont situées sur les côtés du corps et sont parallèles à l’axe du corps tandis que chez les Fulgoroidea les pattes sont situées sous le corps, et partent perpendiculairement à l’axe du corps. Et dans cette configuration, si les pattes ne sont pas exactement synchronisées lors du saut (par exemple si l’une des pattes sauteuses pousse trop en avance par rapport à l’autre) cela risque d’imprimer une rotation à la trajectoire voulue rectiligne de la larve, qui partirait alors en vrille et finirait dans les choux. Pour ne pas subir ce fâcheux phénomène, il faut que les deux pattes soient presque parfaitement synchronisées. Et chez les Issus coleoptratus de la famille des Issidae chez qui l’engrenage a été étudié, on parle d’une synchronisation de l’ordre de quelques dizaines de microsecondes ! Et c’est là qu’intervient l’engrenage. Tout d’abord, avant le saut, la larve va armer son système en repliant les pattes de façon à ce que juste les dents du début de chaque roue dentée soient en contact et que l’engrenage ait de la marge pour pouvoir tourner. Ensuite vient le saut. L’impulsion électrique est envoyé par des neurones spécialisés jusqu’à des muscles au niveau des pattes. L’une des pattes commence à se mouvoir pour propulser l’insecte. Le mouvement de cette patte est transmis à l’autre patte via l’engrenage de façon quasi-immédiate et permet aux pattes de se mouvoir de façon synchronisées. Si l’impulsion électrique arrive quasi-en même temps aux muscles des deux pattes, l’engrenage ne sert pas à grand à chose. Par contre si l’impulsion électrique arrive en retard à l’autre patte par rapport à la première, alors l’engrenage permet quand même la synchronisation et le mouvement de l’autre patte, même si celle-ci n’a pas encore reçu l’impulsion électrique agissant sur ses muscles pour la mouvoir. Comme on peut le voir sur les photos, les dents des roues dentées apparaissent noirs, sombres. C’est parce qu’elles sont sclérotisées, bien dures. Si une ou plusieurs dents cassent en effet, ça compromet l’engrenage. Ça serait d’ailleurs possiblement pour ça que ce système n’est présent que chez les larves et disparaît au stade adulte : les larves vont muer plusieurs fois avant d’atteindre le stade adulte, donc si une ou plusieurs dents cassent lors d’un des stades larvaire, elles seront régénérées entièrement lors de la prochaine mue. Par contre une fois adulte, l’insecte ne mue plus, et si l’engrenage se détériore, la détérioration est définitive.

L’étude de 2013 a donc été menée sur les larves d’Issus coleoptratus (famille des Issidae), une espèce assez courante de Fulgoroidea. Identifier une larve de Fulgoroidea n’est pas la chose la plus facile qui soit, enfin quand c’est possible. Ici, l’allure globale et le plumeau bleutée dépassant de l’arrière de l’abdomen (dont la –ou les- fonction nous est inconnue) nous donne la famille des Issidae, et différents détails (nombre de fausses sensitives, aspect de la face…) m’amène à au genre Issus. On a 6 espèces d’Issus en France, mais 3 de ces 6 espèces pourraient bien ne pas exister en fait ! Elles ont été décrites il y a plusieurs siècles et depuis on ne trouve plus de mentions de ces espèces, et il est possible que ces espèces décrites soient synonymes d’autres espèces. Et si l’on se base sur les 3 « espèces réelles » que l’on a, la larve en photo est probablement une larve d’Issus coleoptratus.

 

 


Dernière mise-à-jour : 16 août 2021

 

Etude de 2013 : Burrows, M.; Sutton, G. (2013). Interacting Gears Synchronize Propulsive Leg Movements in a Jumping Insect. Science, 341(6151), 1254–1256.

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