Au meilleur de notre connaissance, les engrenages mécaniques - des dents de taille égale coupées en deux surfaces rotatives différentes pour les verrouiller au fur et à mesure qu'ils tournent - ont été inventés vers 300 avant notre ère par des mécaniciens grecs résidant à Alexandrie. Depuis des siècles, le concept simple est devenu une clé de voûte de la technologie moderne, permettant toutes sortes de machines et de véhicules, y compris les voitures et les vélos.
Il s'avère cependant qu'un insecte à sauts de trois millimètres de long, connu sous le nom d' Issus coleoptratus, nous a battus devant cette invention. Malcolm Burrows et Gregory Sutton, deux biologistes de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni, ont découvert que les juvéniles de l’espèce possédaient un système d’engrenage complexe qui verrouille leurs pattes arrières, permettant ainsi aux deux appendices de tourner au même moment, ce qui provoque la petites créatures sautent en avant.
Issus coleoptratus
Les engrenages sont situés sur le segment supérieur de chacune des pattes postérieures de l'insecte
La découverte, publiée aujourd'hui dans Science, est considérée comme le premier système d'engrenage fonctionnel jamais découvert dans la nature. Les insectes du genre Issus, communément appelés «cicadelles», sont présents en Europe et en Afrique du Nord. Burrows et Sutton ont utilisé des microscopes électroniques et une capture vidéo à haute vitesse pour découvrir l’existence de l’engrenage et déterminer sa fonction exacte.
La coordination, dit-on, tient à la coordination: pour sauter, les deux pattes postérieures de l'insecte doivent avancer au même moment. Parce qu'ils se balancent tous les deux latéralement, si l'un d'eux était prolongé d'une fraction de seconde plus tôt, l'insecte se détournerait de la trajectoire, à droite ou à gauche, au lieu de sauter en avant.
L'engrenage est une solution élégante. Les vidéos à haute vitesse des chercheurs ont montré que les créatures, qui sautaient à des vitesses aussi élevées que 14 km par heure, levaient les jambes en arrière en position de saut, puis les poussaient en avant, chacune se déplaçant en moins de 30 microsecondes (30 millions de secondes) ) de l'autre.
Les engrenages finement dentés dans leurs jambes permettent que cela se produise. "A Issus, le squelette est utilisé pour résoudre un problème complexe que le cerveau et le système nerveux ne peuvent pas", a déclaré Burrows dans un communiqué de presse.
Les engrenages sont situés au sommet des pattes postérieures des insectes (sur des segments appelés trochantera) et comprennent 10 à 12 dents effilées, chacune d'environ 80 micromètres de large (ou 80 millions de mètres). Dans toutes les larves d' Issus étudiées, le même nombre de dents était présent sur chaque patte postérieure et les engrenages étaient parfaitement verrouillés. Les dents présentent même des courbes en filets à la base, une conception intégrée aux engrenages mécaniques fabriqués par l'homme, car elles réduisent l'usure au fil du temps.
Pour confirmer que les engrenages remplissaient cette fonction, les chercheurs ont effectué une astuce nette (bien que morbide) avec des Issus morts. Ils inclinèrent manuellement leurs jambes en arrière dans une position de saut, puis stimulèrent électriquement le muscle de saut principal dans une jambe afin que la jambe se prolonge. Comme il était bloqué en rotation par les engrenages, l'autre jambe non stimulée s'est également déplacée et l'insecte mort a fait un bond en avant.
Le mystère principal est le fait que les adultes de la même espèce d’insectes n’ont pas d’engrenage. À mesure que les juvéniles grandissent et que leur peau fond, ils ne repoussent pas les dents de cet engrenage et les jambes de l’adulte sont synchronisées par un autre mécanisme ( une série de saillies s'étendent des deux pattes postérieures et poussent l'autre jambe dans l'action).
Burrows et Sutton émettent l'hypothèse que cela pourrait s'expliquer par la fragilité de l'engrenage: si une dent se casse, cela limite l'efficacité de la conception. Ce n'est pas un si gros problème pour les juvéniles, qui muent à plusieurs reprises et développent de nouveaux engrenages avant l'âge adulte, mais pour les Issus matures, il serait impossible de remplacer les dents - d'où le choix alternatif.
Des structures ressemblant à des engins ont déjà été trouvées sur d'autres animaux (comme la tortue épineuse ou la punaise des roues), mais elles sont purement ornementales. Cela semble être la première conception naturelle fonctionnant mécaniquement comme nos systèmes à engrenages.
«Nous pensons généralement que les engrenages sont quelque chose que nous voyons dans des machines conçues par des humains, mais nous avons constaté que c'était uniquement parce que nous n'avions pas assez recherché», a déclaré Sutton. «Ces engrenages ne sont pas conçus; ils sont évolués - représentant des machines à haute vitesse et de précision développées pour la synchronisation dans le monde animal. "
