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Nous devons l’invention des engrenages… à la cigale bossue

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Non, les engrenages ne sont pas une invention humaine, puisque les nymphes de la cigale bossue en utilisent un pour réussir leurs sauts. En effet, des dents s'imbriquant les unes dans les autres ont été trouvées sur les pattes arrière de ces insectes, ce qui leur permet d'exécuter des mouvements synchronisés. Le but : rester maître de son vol une fois en l'air.

Les nymphes de la cigale bossue (Issus coleoptratus) possèdent un plumeau bien visible à l'arrière de leur corps. Les insectes étudiés par Malcolm Burrows mesuraient en moyenne 4,1 mm de long. Leurs pattes arrière étaient 35 % plus longues que les autres. © Malcolm Burrows

Selon les manuels scolaires, nous devrions l'invention des engrenages voilà plus de 2.000 ans à la civilisation grecque, bien que certains affirment qu'ils étaient déjà utilisés en Chine bien avant. Et si ces ouvrages se trompaient ? Après tout, sommes-nous certains qu'il s'agit d'une création de l'Homme ? La réponse vient de nous être fournie dans la revue Science : non, la nature en a créés avant nous. Un mécanisme denté agissant comme un engrenage a été découvert chez un insecte sauteur, un détail qui a son importance.

L'arthropode en question est un Issus coleoptratus plus communément connu sous le nom de cigale bossue. Cet homoptère réalise aisément des sauts balistiques de plus d'un mètre, en se propulsant à l'aide des deux pattes arrière insérées côte à côte en position ventrale. S'il veut maîtriser sa trajectoire, et sa posture par la même occasion, il doit impérativement exécuter des mouvements synchronisés avec ses membres locomoteurs. Pour ce faire, les adultes utilisent un mécanisme de friction : les bases des deux pattes arrière frottent l'une contre l'autre durant la préparation puis la phase d'éjection du saut.

Rappelons-le, il s'agit d'un mécanisme observé chez les adultes qui, selon Malcolm Burrows et Gregory Sutton, n'est pas utilisé par les nymphes. Et pour cause, les trochanters de leurs pattes arrière (le deuxième segment sur cinq) ont une forme arrondie sur leur face interne, où ils arborent entre 10 et 12 dents de 15 à 30 µm de haut. Pour percer leur secret, les deux chercheurs de l'université de Cambridge (Royaume-Uni) ont filmé à 5.000 images par seconde leurs mouvements durant la préparation puis la phase d’éjection d’un saut. Elles composent un ingénieux mécanisme d'engrenage.

Cette photographie prise au microscope électronique à balayage (MEB) montre l'espace qui sépare les deux trochanters des pattes arrière de la cigale bossue (Issus coleoptratus). Le mécanisme d'engrenage y est clairement visible, reliant les pattes gauche et droite. © Malcolm Burrows

Des pièces de rechange non disponibles pour les cigales bossues adultes

La synchronisation est également primordiale chez les nymphes, sachant que le plus rapide des décollages observés a duré deux millisecondes. L'Issus a alors atteint une vitesse de 3,9 m/s. Durant la préparation des sauts, les deux trochanters se sont à chaque fois rapprochés, grâce à la musculature thoracique, jusqu'à ce que les dents soient parfaitement imbriquées les unes dans les autres. Les deux pattes, la gauche et la droite, sont alors couplées, et vont donc pivoter simultanément avec la même vitesse angulaire... jusqu'à ce que le mouvement d'éjection soit terminé.

Reste à savoir pourquoi ce mécanisme est propre aux nymphes ? À ce sujet, seules des hypothèses ont été émises. Pour l'une d'elles, il s'agit principalement d'un problème de pièces de rechange. Si la nymphe casse une dent, elle peut la récupérer à la mue suivante. En revanche, aucune réparation n'est possible pour l'insecte adulte, puisqu'il n'y a plus de mue. La perte d'une dent serait donc particulièrement préjudiciable, car elle causerait une désynchronisation définitive du mouvement des pattes. Autre possibilité : l'exosquelette des adultes est plus rigide que celui des nymphes, ce qui rendrait le mécanisme par friction tout aussi efficace. Une fois encore, l'Homme vient  d'être dépouillé de l'une de ses inventions par la nature !