Ces fourmis peuvent fermer leurs mandibules à une vitesse de 80 km/h

Les fourmis de l’espèce Myromoteras (Ant-Jaw) sont capables de fermer leurs mandibules à une vitesse de 80 km/h en une demi-milliseconde. Ce mécanisme a évolué pour permettre aux fourmis d’attraper leur proie de prédilection qui est les Collemboles.


Une image de la fourmi Myromoteras - Crédit : Steve Shattuck.
Une image de la fourmi Myromoteras - Crédit : Steve Shattuck.

Il y a peu de victimes qui peuvent échapper aux formidables mandibules d’une de l’espèce (surnom Ant-Jaw). Dans la compétition entre les prédateurs et les proies, la vitesse est un avantage décisif et l’évolution a donné à ces fourmis un avantage avec des mandibules à ressort qui se ferment à une vitesse foudroyante.

Dans la revue Journal of Experimental Biology, les scientifiques du Musée national d’histoire naturelle du Smithsonian fournissent la première description mécanique des mandibules d’un groupe peu connu de Ant-Jaw appelées Myromoteras. On connait au moins 4 groupes différents de fourmis qui ont évolué indépendamment avec des systèmes impliquant un « verrou », un « ressort » et un « déclencheur » pour faire fonctionner leurs mandibules. Mais les chercheurs ont découvert que les mandibules des fourmis Myromoteras fonctionnent différemment de celles de toute autre fourmi connue.

C’est un exemple très intéressant d’évolution convergente selon Fredrick Larabee, chercheur postdoctoral au musée qui a dirigé la recherche. Différentes fourmis Ant-Jaw possèdent des mandibules très rapides pour accomplir des tâches similaires, mais ce groupe les a évoluées d’une manière totalement indépendante.

Une fermeture de qui atteint une vitesse de 80 km/h

Les fourmis Myromoteras vivent dans les régions tropicales de l’Asie du Sud-Est où elles se nourrissent principalement de Collemboles. Les Collemboles sont des arthropodes minuscules qui se lancent dans l’air lorsqu’ils détectent une menace. Jusqu’à ce qu’elles rencontrent leur proie, les fourmis Ant-Jaw maintiennent leurs mandibules ouvertes à un angle de 280 degrés. Cet angle permet aux mandibules de stocker de l’énergie élastique. Quand l’énergie est relâchée, les mandibules  se ferment en une fraction de seconde. Ces fourmis sont rarement observées dans la nature et presque impossibles à maintenir en vie en laboratoire selon Andy Suarez, professeur d’ de l’Université de l’Illinois qui a mené la recherche avec Larabee.

Une image de la fourmi Myromoteras - Crédit : Steve Shattuck.

Une image de la fourmi Myromoteras – Crédit : Steve Shattuck.

Jusqu’à présent, on ignorait la vitesse de déplacement des mandibules des fourmis Myromoteras. Mais selon la nouvelle étude, la vitesse de fermeture de la mandibule peut atteindre une demi-milliseconde. C’est 700 fois plus rapide qu’un clin d’oeil. Pour observer l’action, Larabee et ses collègues ont filmé les fourmis avec une caméra à haute vitesse qui capture 50 000 images par seconde. En mesurant les mouvements des mandibules entre différentes images des vidéos, ils ont calculé que la fermeture des mandibules des Myromoteras atteint une vitesse maximale d’environ 80 km par heure.

Si on prend en compte uniquement les muscles pour alimenter cette mandibule, alors cette vitesse est largement supérieure selon Larabee. Mais cette vitesse est considérablement plus lente que les mandibules d’autres fourmis connues. Les mandibules des fourmis de l’espèce Odontomachus atteignent une vitesse qui est le double de celle des Myromoteras ce qui en fait les mécanismes de mandibule les plus rapides enregistrés jusqu’à ce jour. Les fourmis Odontomachus sont connues pour utiliser leurs mandibules non seulement pour attraper leurs proies, mais aussi pour s’échapper du danger. Mais les fourmis Myromoteras ne semblent pas avoir besoin de cette vitesse. Elles ont juste besoin d’être plus rapides que les créatures qu’elles essaient de manger et leurs mandibules sont suffisamment rapides pour capturer les Collemboles selon le chercheur.

Une évolution unique chez ces fourmis

Pour comprendre comment le mécanisme de la mandibule est amplifié par la puissance, Larabee a examiné les fourmis sous un microscope, puis en utilisant une tomodensitométrie (micro-CT). Ce dernier est un système d’imagerie tridimensionnel qui utilise des rayons X pour visualiser les structures internes de petits spécimens. Ses observations lui ont permis de rassembler un modèle de fonctionnement des mandibules.

Larabee a détecté une caractéristique de l’articulation de la mandibule de la fourmi qui permet à ses mandibules de se verrouiller. Avant la fermeture, un lobe à l’arrière de la tête de la fourmi se comprime, probablement comme un ressort chargé d’énergie potentielle. Ensuite, un muscle déclencheur à contraction rapide libère les mandibules et l’énergie stockée en exécutant la fermeture.

L'image du mécanisme de la machoire de la fourmi Myromoteras avec la tomodensitométrie (micro-CT). On a un joint de la mandibule qui permet de la verrouiller en position ouverte. Avant la fermeture, un lobe à l'arrière de la tête de la fourmi se comprime comme un ressort pour stocker l'énergie. Ensuite, un muscle "déclencheur" libère l'énergie et déclenche la fermeture à une vitesse foudroyante - Crédit : Fredrick Larabee, Smithsonian

L’image du mécanisme de la mandibule  de la fourmi Myromoteras avec la tomodensitométrie (micro-CT). On a un joint de la mandibule qui permet de la verrouiller en position ouverte. Avant la fermeture, un lobe à l’arrière de la tête de la fourmi se comprime comme un ressort pour stocker l’énergie. Ensuite, un muscle « déclencheur » libère l’énergie et déclenche la fermeture à une vitesse foudroyante – Crédit : Fredrick Larabee, Smithsonian

Le point intéressant est que l’agencement des muscles et la façon dont les mandibules sont fermées sont complètement différents des autres fourmis qui ont été étudiées selon Larabee. Il semble que ce soit une évolution complètement unique de ce système. L’année dernière, des scientifiques du Smithsonian ont découvert un système de à piège dans un groupe inhabituel d’araignées qui vivent en Amérique du Sud et en Nouvelle-Zélande. Les systèmes à ressort servent également à un saut rapide chez les sauterelles, les crickets et les puces. Ces systèmes sont diversifiés et ils ont évolué grâce à une variété d’adaptations structurelles en soulignant à quel point les mouvements à grande vitesse peuvent être avantageux.

Dans les études futures, Larabee continuera d’étudier la diversité de ces systèmes en explorant comment la structure des mécanismes des pièges à mâchoires des différentes fourmis est en corrélation avec leur vitesse et leurs performances.

Une vidéo de la fermeture de la mandibule de ces fourmis :

Source : Journal of Experimental Biology (http://dx.doi.org/10.1242/jeb.156513)

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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