Avoir des mâchoires solides est essentiel pour les petites créatures marines connues sous le nom de vers de vase.
Les vers, qui atteignent environ 15 pouces de longueur, passent leur vie à creuser dans le fond marin boueux et à chasser de petits crustacés, mollusques et autres vers.
"Ils ont besoin de leurs mâchoires pour tuer les proies les plus actives", explique Herbert Waite, biochimiste marin à l'Université de Californie à Santa Barbara. "Ils utilisent aussi les mâchoires pour se battre car ils ne sont pas très sociables, et parfois les vers se heurtent dans les terriers."
Les mâchoires doivent être à la fois très pointues et très résistantes, car les vers de vase ne les fabriquent qu'une seule fois au cours de leur vie, explique Waite. La clé de cette gueule redoutable réside dans un mélange unique de cuivre, de mélanine et d'une protéine aux propriétés chimiques impressionnantes, ont rapporté lui et ses collaborateurs le 25 avril dans la revue Matter. . Le processus efficace de construction de la mâchoire des vers peut donner des idées pour améliorer la façon dont les matériaux composites, qui sont fabriqués à partir d'un mélange de différentes substances, sont fabriqués, a conclu l'équipe.
Chaque ver de sang arbore une trompe à quatre mâchoires noires pour saisir d'autres animaux et leur injecter du venin paralysant. Ces crocs creux sont légers mais peuvent résister à beaucoup d'usure grâce à leurs composants de mélanine et de cuivre, ont écrit Waite et ses collègues dans le nouvel article. Ce sont des ingrédients inhabituels pour les mâchoires des animaux. Le cuivre est "généralement assez toxique" pour les animaux, dit Waite, et la mélanine est un pigment qui sert rarement d'élément structurel.
"Nous nous sommes intéressés à la façon dont différents invertébrés marins fabriquent des structures porteuses pour leur survie, et celui-ci s'est particulièrement démarqué parce qu'il était l'un des seuls à avoir une teneur élevée en cuivre", dit-il.
Les scientifiques ne savent pas pourquoi les vers ont opté pour le cuivre plutôt qu'un autre métal plus généralement utilisé par les invertébrés marins, comme le fer ou le zinc. Cependant, une possibilité est que le cuivre réagisse avec le venin stocké dans les crocs. "Le ver a le luxe de stocker ces toxines sous une forme moins nocive ou inerte et elles deviennent toxiques lorsqu'elles se déplacent à travers les canaux de la mâchoire avant de se diriger vers la proie", explique Waite.
Pour étudier comment les vers de vase assemblent leurs crocs distinctifs, Waite et son équipe ont identifié la séquence génétique qui code pour la protéine principale dans les mâchoires. Ils ont découvert que la composition chimique de la protéine était assez simple, avec environ 80 % représentés par deux acides aminés. L'équipe a ensuite fabriqué une version artificielle de la molécule, qu'elle a nommée « protéine multitâche », en laboratoire.
Ensuite, les chercheurs ont réalisé une version simplifiée du processus de formation de la mâchoire. Ils ont ajouté du cuivre aux béchers avec leur protéine multitâche artificielle et ont observé que les deux matériaux se concentraient en petites gouttelettes. Lorsque les chercheurs ont ajouté une molécule appelée Dopa (que d'autres animaux convertissent souvent en mélanine), les gouttelettes sont devenues plus foncées et ont formé un film dense.
"Nous avons remarqué que si vous insérez une pointe d'épingle dans le film noir brunâtre qui s'est formé à la surface, vous pouviez en fait extraire des fibres de ce film, puis les tester mécaniquement", explique Waite. "Il s'est avéré que les fibres ressemblent au nylon, et c'est une fibre assez solide."
L'expérience indique qu'une seule protéine joue plusieurs rôles vitaux dans la formation de la mâchoire du ver de vase :se lier au cuivre, se concentrer en gouttelettes, convertir la Dopa en mélanine et finalement former un matériau composite. C'est beaucoup plus simple que ce qui doit avoir lieu pour former des composites industriels tels que la fibre de verre ou le caoutchouc renforcé.
"Ce que le ver fait pour former ses mâchoires nous donne une sorte de modèle sur la façon dont les matériaux composites peuvent être fabriqués de manière plus durable et moins dépendants de l'équipement lourd, par exemple, des mélangeurs, des mélangeurs, des extrudeuses", a déclaré Waite. "Ceux-ci n'existent certainement pas dans le système des vers de vase et pourtant un matériau très organisé se forme."
Les réactions chimiques que les vers de vase utilisent pour fabriquer leurs crocs sont très sensibles à l'acidité, à la salinité et à la température de l'eau de mer environnante. Cela pourrait signifier que les vers de vase sont vulnérables aux effets du changement climatique, dit Waite.
Pourtant, le talent naturel des vers de vase pour créer des matériaux résistants offre une leçon précieuse, déclare Waite. Avec leur remarquable processus de formation de la mâchoire, Waite voit des similitudes à certains égards avec les vers de sable géants qui peuplent la Dune romans.
"Ces vers qui vivaient dans un désert produisaient quelque chose appelé épice que tout le monde dans l'univers voulait", explique Waite. "Cela a rappelé, de manière exagérée, que de simples organismes peuvent abriter des technologies vraiment utiles."
