Une étude montre que les exosquelettes d'insectes deviennent plus forts lorsqu'ils sont soulevés sous une charge mécanique plus élevée

Des scientifiques de la Hochschule Bremen (HSB) – Université municipale des sciences appliquées ont utilisé une centrifugeuse pour montrer que les exosquelettes des insectes deviennent plus forts lorsqu'ils sont élevés sous une charge mécanique plus élevée. Ces connaissances fondamentales sont importantes pour mieux comprendre l’évolution de la cuticule, des os et de nombreux matériaux biologiques.

Une caractéristique typique de la plupart des matériaux biologiques est leur capacité à réagir aux charges mécaniques. Par exemple, les arbres qui se balancent sous le vent se renforcent en ajoutant plus de bois pour résister aux forces. De même, les structures squelettiques des humains et d’autres vertébrés possèdent la capacité d’ajouter ou de retirer de la matière osseuse, optimisant ainsi leurs propriétés mécaniques.

Cependant, la plupart des animaux sur Terre possèdent un exosquelette cuticulaire. Jusqu’à présent, on ne savait pas si ces exosquelettes pouvaient également réagir à des charges mécaniques ou si les os et le bois des vertébrés étaient uniques à cet égard au cours de l’évolution.

Pour répondre à cette question biologique fondamentale, des scientifiques du groupe de travail sur les structures biologiques et le biomimétique de la Hochschule Bremen – Université des sciences appliquées de la ville (HSB) ont élevé des criquets pendant plusieurs semaines dans une grande centrifugeuse ou les ont équipés de petits « sacs à dos » conçus sur mesure. Les chercheurs ont ensuite mesuré la raideur des jambes et ont utilisé la microtomographie aux rayons X pour analyser la structure de la cuticule.

L'étude a été publiée sur royalsocietypublishing.org/doi… .1098/rspb.2023.2141>Actes de la Royal Society B : Sciences biologiques.

“Pour la première fois, nous avons pu montrer directement que l'exosquelette des insectes est capable de réagir à une charge mécanique”, a déclaré le Dr Karen Stamm, qui a réalisé l'étude au Bionik-Innovations-Center (BIC) de HSB dans le cadre de son doctorat recherche. “Après deux semaines dans la centrifugeuse à trois fois leur propre poids corporel, les pattes des criquets étaient plus rigides et la structure de la cuticule différente de celle des criquets vivant à gravité normale.”

“La capacité d'adaptation aux charges mécaniques n'est jusqu'à présent connue que pour les endosquelettes osseux et les plantes”, a déclaré le professeur Jan-Henning Dirks, chef du groupe de travail sur les structures biologiques et le biomimétique au HSB. “Nos résultats montrent que nos os ne sont pas uniques dans leur capacité à réagir aux charges mécaniques. Ces connaissances fondamentales peuvent nous aider à mieux comprendre les voies évolutives de nombreux matériaux biologiques et systèmes squelettiques.”