Imaginez que vous rampez sur le sol de la forêt, à la recherche d'un champignon sur lequel vous pouvez chow, quand surgit de nulle part une fourmi aux yeux saillants et une paire de longs mandibules minces, munis d'une lame de rasoir, tirés derrière la tête. . Vous essayez de vous échapper, mais la mâchoire de la créature est trop rapide: en une demi milliseconde, elle vous empale de deux côtés à la fois avant de vous rendre nulle part. Telle est l'expérience typique de la triste et brève vie d'un collembole, une proie de prédilection pour les fourmis sauvages «piège à mâchoires» du genre Myrmoteras .
Fred Larabee, chercheur postdoctoral au Muséum national d'histoire naturelle de Smithsonian et auteur principal d'un article de pointe sur la physiologie des spécimens de Myrmoteras, publié aujourd'hui dans le Journal of Experimental Biology, a suscité l'intérêt des fourmis pièges . Dans cette étude, Larabee et ses cohortes ont pour objectif de répondre à deux questions distinctes sur ces insectes malaisiens rares: à quelle vitesse ont exactement leurs mâchoires mortelles et comment se fait-il qu'ils génèrent leur pouvoir?
Myrmoteras - du grec pour «monstre fourmi» - n'est qu'une variété de fourmis piège à mâchoires et une variété peu commune à cela. La collecte de quatre colonies entières pour l’étude, deux de chacune des deux espèces du genre, a nécessité de nombreuses fouilles dans la litière de feuilles de jungle de Bornéo. Ce qui rend la recherche sur les casse-mors si fascinante pour Larabee et d’autres myrmécologues (biologistes des fourmis), c’est la similarité fonctionnelle observée entre des espèces qui ont évolué de manière totalement indépendante les unes des autres.
«Les mâchoires de piégeage sont vraiment remarquables», dit Larabee, qui note qu'elles se sont développées en cinq genres de fourmis distincts sous cinq formes distinctes. «Ils ont évolué plusieurs fois chez les fourmis. Etre capable de regarder une lignée complètement différente, une origine différente du comportement et de la morphologie, vous donne une occasion unique d'étudier l'évolution convergente - fondamentalement l'évolution répétée et parallèle de ce système [trap-jaw]. "
Lorsqu'ils ont eu la chance de travailler avec les Myrmoteras - un genre dont on savait très peu de chose - Larabee était au-dessus de la lune. Il avait déjà travaillé avec les genres Anochetus et Odontomachus plus courants, mais connaissant la nature de l'évolution convergente, il pensait qu'il était plausible que les fourmis Myrmoteras aient développé la même capacité d'attaque par des moyens anatomiques totalement différents.
Larabee et ses co-auteurs s'attendaient à ce que l'attaque de la mandibule des Myrmoteras soit unique, mais l'ampleur de sa différence par rapport à celle d'autres genres a été une surprise.
Afin de mesurer la vitesse angulaire de l'impact de la mâchoire paralysant des fourmis, l'équipe s'est appuyée sur la photographie à haute vitesse.
«Nous avons utilisé une caméra capable de filmer à 50 000 images par seconde pour ralentir le mouvement», explique-t-il «et cela a été assez rapide pour pouvoir le ralentir afin de mesurer réellement la durée d'une frappe, ainsi que la vitesse de pointe . "
Au plus rapide, les mandibules se déplacent à une vitesse linéaire de 60 km / h, et l’ensemble de leur mouvement s’achève en environ 1 / 700e du temps qu’il faut à un humain pour cligner des yeux.
Chose amusante, ce qui a surpris Larabee, c’est que ce résultat n’a pas été aussi rapide. «Comparé aux autres fourmis à piège à mâchoires, il est plutôt lent», dit-il en riant. En effet, le mouvement de pince des fourmis Odontomachus est deux fois plus rapide.
Larabee a supposé que la raison de la lenteur comparative des frappes à la mâchoire de Myrmoteras devait être liée aux structures anatomiques qui les permettaient - le sujet de la deuxième partie de ses recherches.
En plus de la méthode éprouvée consistant à examiner des spécimens au microscope afin de trouver des indices sur le fonctionnement de leur système de piège à mâchoires, l'équipe de Larabee a mis au point une technologie moderne qui n'avait pas encore été testée dans le domaine de la recherche sur les pièges à mâchoires: Micro-tomographie à rayons X.
La technique de micro-TDM, qui est essentiellement une version réduite du tomodensitomètre que vous pourriez recevoir au cabinet médical, permet à des chercheurs tels que Larabee de se faire une meilleure idée des structures internes présentes dans un échantillon donné et de la manière dont elles sont disposées. espace dimensionnel.
«Dans un environnement numérique», a déclaré Larabee, il a été capable de «regarder les structures et de voir comment elles se connectent les unes aux autres et où les muscles se fixent à la mandibule». Il est un fervent défenseur de la technologie micro-CT, qui fournit des informations importantes sans nuire à l'échantillon. (Etant donné que la meilleure pratique pour étudier les spécimens archivés ne consiste pas à les modifier, la micro-tomodensitométrie pourrait s'avérer un avantage majeur pour les collègues du musée de Larabee.)
Corrie Moreau, biologiste de l'évolution et entomologiste, professeure au Field Museum of Natural History de Chicago, est enthousiasmée par la rigueur technique de la recherche sur les Myrmoteras et par ses implications possibles pour le terrain.
«La véritable force de cette étude menée par Larabee, Gronenberg et Suarez est la diversité des outils et techniques utilisés par les auteurs pour bien comprendre les mécanismes employés par ce groupe de fourmis pour obtenir une amplification de puissance».
Ce que Larabee a découvert lors de son analyse CT, c’est que les mécanismes de verrouillage, de déclenchement et de déclenchement permettant à Myrmoteras d’exécuter ses attaques à la mâchoire étaient probablement très différents de leurs équivalents chez les fourmis pièges à mâchoires d’autres genres.
Le plus intriguant, peut-être, est le mécanisme de verrouillage qui maintient les mâchoires séparées lorsque non engagées. Avant un assaut, les mandibules de Myrmoteras sont séparées par un nombre incroyable de 270 degrés - sous Anochetus et Odontomachus, cet angle n’est que de 180 °. La micro-tomodensitométrie jette un éclairage (haute énergie) dessus, suggérant que «les leviers opposés de deux muscles en tirant sur la mandibule, la mandibule reste ouverte en raison de la manière dont les muscles sont attachés à l'articulation de la mandibule. ”
La configuration des Myrmoteras est bizarre. «C’est un système de verrouillage que vous ne voyez pas chez les autres fourmis à mors piège», dit Larabee.
L'imagerie par micro-tomographie à rayons X a permis à Larabee et ses co-auteurs de relier ce qu'ils avaient observé dans des vidéos et au microscope à des groupes musculaires spécifiques dans la tête des fourmis. Dans cette image, le bleu représente le "muscle le plus proche rapidement", censé mettre la mandibule en mouvement, et le rouge le "muscle le plus lent", qui termine le travail. (Fredrick Larabee et al.) Cette méthode de verrouillage inhabituelle renseigne sur un autre aspect de l'appareil d'attaque de la mâchoire: la gâchette. Dans la tête des autres fourmis piégeurs, le muscle déclencheur - qui fournit aux mandibules leur couple initial - a tendance à être petit. En raison de la manière dont le système de verrouillage fonctionne dans Myrmoteras, cependant, ce déclencheur est nettement plus costaud et se voit facilement dans les tomodensitogrammes.
Le dernier mais non le moindre est le mécanisme à ressort qui permet aux fourmis Myrmoteras de stocker l’énergie potentielle qui devient l’énergie cinétique lorsqu’elles sont lâchées. Larabee suppose qu'une source principale de ce potentiel printanier est un lobe situé à l'arrière de la tête des fourmis, qui, dans la photographie à haute vitesse, s'est déformé de manière significative pendant les attaques. Des recherches supplémentaires sont nécessaires, mais selon Larabee, «la déformation de la tête est telle que nous pensons que cela doit contribuer au stockage de l'énergie».
Tous ces différents facteurs sont réunis pour produire une seule frappe de Myrmoteras, similaire à celle d'autres genres très disséminés au niveau macro, mais tout à fait idiosyncrasique au niveau micro. Et tandis que les attaques de Myrmoteras n’entraînent pas autant de dégâts que ceux d’autres fourmis, Larabee souligne rapidement qu’elles font le travail.
«Une demi-milliseconde n'est pas étonnant en termes de vitesse, dit-il, et c'est très rapide pour capturer un collembole.» Même avec leur appareil plus faible, les fourmis Myrmoteras génèrent environ 100 fois plus de puissance avec les outils élastiques dont elles disposent. évolué qu'ils ne pourraient jamais par l'action musculaire directe seule.
Pourquoi exactement ces fourmis ont-ils développé cette capacité? Cela n’est pas clair, mais Larabee pense que cela a beaucoup à voir avec leurs cibles agiles. «Vous vous retrouvez avec ces courses aux armements entre prédateurs et proies», dit-il. «Si vous êtes une gazelle, vous devez courir vite, ce qui signifie que le guépard va courir encore plus vite. Et je soupçonne que le fait d'avoir des proies capables de s'échapper très rapidement "- comme les collations de printemps -" est une bonne pression pour sélectionner ces prédateurs très rapides. "
Moreau est optimiste sur le fait que cette recherche ouvrira la porte à de nouvelles enquêtes sur le monde plus vaste et souvent étonnant de l’évolution convergente.
«Avec autant de fourmis et d’autres organismes qui comptent sur l’amplification du pouvoir pour capturer leurs proies, se demande-t-elle, de combien de façons cette stratégie efficace peut-elle évoluer dans le règne animal? Et cette étude ajoute gentiment à notre compréhension de cette question très intéressante. "
