De nombreux types de calmar ont des dents acérées comme des rasoirs. Elles ne sont simplement pas là où l’on s’attend à les trouver. Chacune des ventouses qui courent le long des tentacules d’un calmar cache un anneau de dents. Ces dents empêchent la proie de l’animal de s’enfuir. Elles sont aussi plus qu’une simple curiosité. Les scientifiques veulent créer des matériaux inspirés du calmar qui seront tout aussi solides que ces barbes. Les données d’une nouvelle étude pourraient les y aider.
Avant de pouvoir commencer à concevoir les nouveaux matériaux, les scientifiques devaient comprendre ce qui rend les dents de calmar si solides. Certains ont lancé de tels travaux en se concentrant sur les grandes molécules – les protéines suckerin – qui composent les dents.
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Akshita Kumar est un étudiant diplômé de l’Université technologique de Nanyang à Singapour. Avec des chercheurs de l’Institut de bioinformatique d’A*STAR, également à Singapour, son groupe a identifié des dizaines de protéines suckerines. Selon l’équipe de Kumar, elles forment des structures solides et extensibles, appelées « beta-sheets ». (Les nouvelles données montrent que ces protéines de calmar sont thermoplastiques. Cela signifie qu’elles fondent lorsqu’elles sont chauffées et redeviennent solides lorsqu’elles sont refroidies.
« Cela rend le matériau moulable et réutilisable », explique Kumar. Elle a présenté les résultats de son équipe fin février lors d’une conférence de la Société de biophysique à Los Angeles, en Californie.
Avec l’aide de bactéries
Les études de Kumar se sont concentrées sur la suckerine-19, l’une des plus courantes de ces protéines. Elle travaille dans le laboratoire du scientifique des matériaux Ali Miserez, qui étudie les protéines de calmar depuis 2009.
Kumar n’a pas besoin d’enlever les dents d’un calmar pour étudier les protéines. Au lieu de cela, les scientifiques du laboratoire de Miserez peuvent « entraîner » les bactéries à fabriquer les protéines. Pour ce faire, les chercheurs modifient les gènes des microbes unicellulaires. De cette façon, l’équipe peut obtenir beaucoup de protéines de suckerin – même lorsqu’il n’y a pas de calmar dans les parages.
Les scientifiques croyaient auparavant que les dents de succion du calmar étaient faites d’un matériau dur appelé chitine (KY-tin). « Même les manuels scolaires mentionnent parfois qu’elles sont faites de chitine », note Kumar. Mais ce n’est pas vrai, a démontré son équipe. Les dents ne sont pas non plus composées de minéraux comme le calcium, qui confèrent aux dents humaines leur solidité. Au lieu de cela, les dents annulaires du calmar contiennent des protéines et uniquement des protéines. C’est passionnant, dit Kumar. Cela signifie qu’il est possible de fabriquer un matériau super solide en utilisant uniquement des protéines, sans avoir besoin d’autres minéraux.
Et contrairement aux soies (telles que les protéines fabriquées par les araignées ou les insectes fabriquant des cocons), le calmar se forme sous l’eau. Cela signifie que les matériaux inspirés du calmar pourraient être utiles dans les endroits humides, comme à l’intérieur du corps humain.
Le spécialiste des matériaux Melik Demirel travaille à l’Université d’État de Pennsylvanie à University Park. Il y travaille sur les protéines de calmar et connaît les recherches dans ce domaine. Le groupe de Singapour « fait des choses intéressantes », dit-il. À un moment donné, il a collaboré avec l’équipe de Singapour. Aujourd’hui, dit-il, « nous sommes en concurrence ».
La collaboration et la concurrence ont fait avancer le domaine, note-t-il. Ce n’est qu’au cours des dernières années que les scientifiques ont commencé à vraiment comprendre la structure des protéines des dents de calmar. Il espère mettre ces connaissances à profit.
Récemment, le laboratoire de Demirel a produit un matériau inspiré du calmar qui peut se guérir lui-même lorsqu’il est endommagé. Le groupe de Singapour se concentre sur la compréhension de ce que la nature a produit dans les dents. Demirel dit que son équipe essaie de fabriquer des choses « au-delà de ce que la nature a fourni ».
Mots de pouvoir
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bactérie (pl. bactéries) Organisme unicellulaire. Ceux-ci habitent presque partout sur Terre, du fond de la mer à l’intérieur des animaux.
calcium Un élément chimique qui est commun dans les minéraux de la croûte terrestre et dans le sel de mer. On le trouve également dans les minéraux osseux et les dents, et il peut jouer un rôle dans le mouvement de certaines substances à l’intérieur et à l’extérieur des cellules.
étudiant de troisième cycle Quelqu’un qui travaille pour obtenir un diplôme avancé en suivant des cours et en effectuant des recherches. Ce travail est effectué après que l’étudiant a déjà obtenu son diplôme universitaire (généralement avec un diplôme de quatre ans).
science des matériaux L’étude de la façon dont la structure atomique et moléculaire d’un matériau est liée à ses propriétés générales. Les scientifiques des matériaux peuvent concevoir de nouveaux matériaux ou analyser ceux qui existent déjà. Leurs analyses des propriétés globales d’un matériau (telles que la densité, la résistance et le point de fusion) peuvent aider les ingénieurs et autres chercheurs à sélectionner les matériaux les mieux adaptés à une nouvelle application.
minéral Les substances formant des cristaux, telles que le quartz, l’apatite ou divers carbonates, qui constituent la roche. La plupart des roches contiennent plusieurs minéraux différents mélangés entre eux. Un minéral est généralement solide et stable à température ambiante et possède une formule ou une recette spécifique (avec des atomes présents dans certaines proportions) et une structure cristalline spécifique (ce qui signifie que ses atomes sont organisés selon certains modèles tridimensionnels réguliers). (en physiologie) Les mêmes produits chimiques dont le corps a besoin pour fabriquer et nourrir les tissus afin de maintenir la santé.
molécule Groupe d’atomes électriquement neutres qui représente la plus petite quantité possible d’un composé chimique. Les molécules peuvent être constituées d’un seul type d’atomes ou de différents types. Par exemple, l’oxygène de l’air est constitué de deux atomes d’oxygène (O2), mais l’eau est constituée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène (H2O).
proie (n.) Espèce animale mangée par d’autres. (v.) Attaquer et manger une autre espèce.
protéines Composés constitués d’une ou plusieurs longues chaînes d’acides aminés. Les protéines sont un élément essentiel de tous les organismes vivants. Elles constituent la base des cellules vivantes, des muscles et des tissus ; elles font également le travail à l’intérieur des cellules. L’hémoglobine du sang et les anticorps qui tentent de combattre les infections sont parmi les protéines autonomes les plus connues. Les médicaments agissent fréquemment en s’accrochant aux protéines.
Silk Une fibre fine, solide et douce filée par une série d’animaux, tels que les vers à soie et de nombreuses autres chenilles, les fourmis tisserandes, les mouches caddis et – les vrais artistes – les araignées.
Singapour Une nation insulaire située juste au large de la pointe de la Malaisie en Asie du Sud-Est. Ancienne colonie anglaise, elle est devenue une nation indépendante en 1965. Ses quelque 55 îles (la plus grande est Singapour) comprennent quelque 687 kilomètres carrés (265 miles carrés) de terre et abritent plus de 5,6 millions de personnes.
squid Membre de la famille des céphalopodes (qui contient également les pieuvres et les seiches). Ces animaux prédateurs, qui ne sont pas des poissons, contiennent huit bras, aucun os, deux tentacules qui attrapent la nourriture et une tête définie. L’animal respire grâce à des branchies. Il nage en expulsant des jets d’eau sous sa tête, puis en agitant des tissus semblables à des nageoires qui font partie de son manteau, un organe musculaire. Comme une pieuvre, elle peut masquer sa présence en libérant un nuage d' »encre ».
Sucre (en botanique) Pousse de la base d’une plante. (en zoologie) Structure sur les tentacules de certains céphalopodes, tels que les calmars, les pieuvres et les seiches.
suckerines Famille de protéines structurelles qui forment la base de nombreuses substances naturelles, de la soie d’araignée aux dents des ventouses d’un calmar.
thermoplastique Terme désignant des substances qui deviennent plastiques – capables de se transformer en forme – lorsqu’elles sont chauffées, puis durcies lorsqu’elles refroidissent. Et ces changements de forme peuvent être répétés à l’infini.