La toile d’araignée : merveille d’ingénierie naturelle depuis 400 millions d’années

Ella Kellner, University of North Carolina – Charlotte

Elles peuvent inquiéter ou être balayées d’un revers de la main : les toiles d’araignées sont en réalité des merveilles d’ingénierie naturelle. Leur architecture, aussi variée qu’ingénieuse, répond à des fonctions précises : capturer des proies, protéger des œufs, amortir une chute ou fournir des repères sensoriels. Observer ces fils de soie, c’est plonger dans 400 millions d’années d’évolution et de créativité biologiques.

Vous êtes-vous déjà retrouvé nez à nez avec une toile d’araignée lors d’une promenade dans la nature ? Ou avez-vous déjà balayé des toiles d’araignée dans votre garage ?

Si oui, alors vous connaissez déjà les toiles orbitulaires, qui sont régulières, géométriques, et qui sont emblématiques d’Halloween ; et les toiles en réseau désordonné, qui sont celles que l’on trouve dans nos garages et dans nos caves. Ce ne sont là que deux exemples d’architectures de toiles d’araignées. Une toile est toujours spécialement adaptée à l’environnement de l’araignée et à la fonction qu’elle doit remplir.

Si de nombreuses araignées utilisent leurs toiles pour attraper des proies, elles ont également développé des façons inhabituelles d’utiliser leur soie, par exemple pour envelopper leurs œufs ou pour se créer des filins de sécurité qui les rattrapent lorsqu’elles tombent.

En tant que scientifique spécialiste des matériaux qui étudie les araignées et leur soie, je m’intéresse à la relation entre l’architecture des toiles d’araignées et la résistance des fils qu’elles utilisent. Comment la conception d’une toile et les propriétés de la soie utilisée affectent-elles la capacité d’une araignée à capturer son prochain repas ?

Aux origines des toiles

La soie d’araignée a une longue histoire évolutive. Les chercheurs pensent qu’elle est apparue il y a environ 400 millions d’années.

Ces araignées ancestrales utilisaient la soie pour tapisser leurs repaires, pour protéger leurs œufs vulnérables et pour créer des chemins sensoriels et des repères afin de se déplacer dans leur environnement.

Pour comprendre à quoi pouvaient ressembler les toiles d’araignées anciennes, les scientifiques s’intéressent à l’araignée lampadaire.

Cette araignée vit dans les affleurements rocheux des Appalaches et des Rocheuses, aux États-Unis. Elle est une parente vivante de certaines des plus anciennes araignées à avoir jamais tissé des toiles, et elle n’a pratiquement pas changé depuis.

Bien nommée en raison de la forme de sa toile, l’araignée lampadaire tisse une toile dont la base étroite s’élargit vers l’extérieur. Ces toiles comblent les fissures entre les rochers, où l’araignée peut se camoufler contre la surface rugueuse. Il est difficile pour une proie potentielle de traverser ce paysage accidenté sans se retrouver piégée.

Diversité des toiles

Aujourd’hui, toutes les espèces d’araignées produisent de la soie. Chaque espèce qui tisse des toiles crée sa propre architecture de toile, parfaitement adaptée au type de proie qu’elle mange et à l’environnement dans lequel elle vit.

Prenons l’exemple de la toile orbiculaire. Il s’agit d’une toile réalisée à partir d’un centre de manière circulaire, avec un motif régulier de rayons et de cercles concentriques. Elle sert principalement à capturer des proies volantes ou sauteuses, telles que les mouches et les sauterelles. Les toiles orbiculaires se trouvent dans les zones ouvertes, comme à la lisière des forêts, dans les herbes hautes ou entre vos plants de tomates.

Comparez-les à des toiles en réseau désordonné, une structure que l’on voit le plus souvent près des plinthes dans les maisons, dans les caves ou greniers. Bien que l’expression « toile en réseau désordonné » soit couramment utilisée pour désigner toute toile d’araignée poussiéreuse et abandonnée, il s’agit en fait d’une forme de toile spécifique généralement conçue par les araignées de la famille des Theridiidae.

Cette toile a une architecture en 3D complexe, donnant un aspect fouillis. Les fils sont collants et tendus dans toutes les directions, notamment vers le bas, où ils sont maintenus fixés au sol sous une forte tension. Ces fils agissent comme un piège collant à ressort pour capturer des proies rampantes, telles que les fourmis et les coléoptères. Lorsqu’un insecte entre en contact avec la colle à la base du fil, la soie se détache du sol, parfois avec une force suffisante pour soulever le repas dans les airs. https://www.youtube.com/embed/bQABY9H1h1Y?wmode=transparent&start=0 Regardez une araignée à dos rouge construire les fils à haute tension d’une toile d’araignée et piéger des fourmis qui ne se doutent de rien.

Les araignées bizarres

Imaginez que vous êtes un naïf scarabée, qui rampe entre les brins d’herbe, et que vous vous retrouvez sur un sol recouvert d’une toile de soie tissée de manière très dense. Alors que vous commencez à avancer sur ce paillasson d’un genre particulier, vous avez juste le temps d’apercevoir huit yeux braqués sur vous depuis un entonnoir de soie, avant d’être happé et avalé tout cru.

Ce type d’araignée à toile en entonnoir bâtit des constructions horizontales au sol, qu’elle utilise comme une extension de son système sensoriel. L’araignée attend patiemment dans son abri en forme d’entonnoir. Les proies qui entrent en contact avec la toile créent des vibrations qui alertent l’araignée : un mets délicieux est en train de marcher sur le paillasson, et il est temps de lui sauter dessus.

Les araignées sauteuses sont des tisserandes à part, puisqu’elles ne tissent pas de toiles. Elles sont connues pour leurs couleurs variées, vives ou iridescentes, et leurs danses nuptiales élaborées, qui en font l’une des arachnides les plus attachantes. Leur aspect mignon les a rendues populaires, notamment grâce à Lucas the Spider, une adorable araignée sauteuse animée par Joshua Slice. Dotées de deux grands yeux frontaux qui leur permettent de percevoir les distances, ces araignées sont de fantastiques chasseuses, capables de sauter dans toutes les directions pour se déplacer et de bondir sur leur prise.

Mais que se passe-t-il lorsqu’elles se trompent dans leur calcul ou, pis, lorsqu’elles doivent échapper à un prédateur ? Les araignées sauteuses attachent un fil à leur point de départ avant de s’élancer dans les airs, comme une sorte de corde de rappel. Si le saut rate, elles peuvent remonter le long du filin et réessayer. Non seulement ce filin de sécurité en soie leur permet de ressauter, mais il les aide également dans leur saut. Le fil leur permet de contrôler la direction et la vitesse de leur saut en plein vol. En modifiant la vitesse à laquelle elles libèrent la soie, elles peuvent atterrir exactement où elles le souhaitent.

Pour tisser une toile

Toutes les toiles, de la toile orbiculaire à la toile d’araignée d’apparence désordonnée, sont construites selon une série d’étapes fondamentales distinctes.

Les araignées à toile orbiculaire commencent généralement par construire une prototoile. Les scientifiques pensent que cette construction initiale est une phase exploratoire, pendant laquelle l’araignée évalue l’espace disponible et trouve des points d’ancrage pour sa soie. Une fois que l’araignée est prête à construire sa toile principale, elle utilise la prototoile comme échafaudage pour créer le cadre, les rayons et la spirale qui l’aideront à absorber l’énergie des proies qui se prennent dedans et à les capturer. Ces structures sont essentielles pour garantir que leur prochain repas ne déchire pas la toile, en particulier les insectes tels que les libellules, qui ont une vitesse de croisière moyenne de 16 km/h. Une fois sa toile terminée, l’araignée orbiculaire retourne au centre de la toile pour attendre son prochain repas.

Un seul type de matériau ne permettrait pas de fabriquer toutes ces toiles d’araignée. En fait, les araignées peuvent créer jusqu’à sept types de fibre soie différente, et les araignées tisserandes les fabriquent toutes. Chaque type de fibre a des propriétés chimiques, physiques et mécaniques adaptées à la fonction recherchée, servant à un usage spécifique dans la vie de l’araignée (toile, cocon, câble d’ancrage, fil de détection, filet de capture, etc.). C’est dans les glandes séricigènes que sont produites les fibres de soie, et chaque type de glandes produit un fil de soie particulier avec une fonction spécifique.

Les araignées orbiculaires entament le tissage de leurs toiles par la fabrication d’un fil porteur très résistant. Quant à la spirale pour piéger les insectes, construite en partant du centre vers l’extérieur, elle est constituée d’une soie extrêmement élastique. Lorsqu’une proie se prend dans la spirale, les fils de soie se déforment sous l’impact. Ils s’étirent pour absorber l’énergie et empêcher la proie de déchirer la toile.

La « colle d’araignée » est un type de soie modifiée, dotée de propriétés adhésives. C’est la seule partie de la toile d’araignée qui soit réellement collante. Cette soie collante, située sur la spirale de capture, permet de s’assurer que la proie reste collée à la toile suffisamment longtemps pour que l’araignée puisse lui administrer sa morsure venimeuse.

Apprendre à observer les architectes arachnides

Les araignées et leurs toiles sont incroyablement variées. Chaque espèce d’araignée s’est adaptée à son environnement naturel pour capturer certains types de proies. La prochaine fois que vous verrez une toile d’araignée, prenez le temps de l’observer plutôt que de la balayer ou d’écraser l’araignée qui s’y trouve.

Remarquez les différences dans la structure de la toile et voyez si vous pouvez repérer les gouttelettes de colle. Observez la façon dont l’araignée est assise dans sa toile. Est-elle en train de manger ou y a-t-il des restes d’insectes qu’elle a peut-être empêchés de s’introduire dans votre maison ?

L’observation de ces architectes arachnides peut nous en apprendre beaucoup sur le design, l’architecture et l’innovation.

Ella Kellner, Ph.D. Student in Biological Sciences, University of North Carolina – Charlotte

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.