Comment les moules fabriquent-elles une colle ultra-forte sous-marine ?

Publié par Adrien le 23/10/2021 à 09:00
Source: Université McGill
La moule bleue (Mytilus edulis) se fait balloter par les vagues déferlantes à longueur de journée. Elle réussit pourtant à se fixer aux roches ou à d'autres moules grâce à la colle sous-marine hautement efficace qu'elle produit. Comme l'adhésion (En physique, l'adhésion est l'ensemble des phénomènes physico-chimiques qui se...) est extrêmement difficile à réaliser en présence d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), des scientifiques cherchant à créer des adhésifs efficaces en milieu humide (pour des opérations chirurgicales ou des soins dentaires, par exemple) se sont inspirés de la moule. Dans un article publié récemment dans Science, une équipe internationale de chercheurs dirigée par l'Université McGill (L’Université McGill, située à Montréal au Québec, est une des...) annonce qu'elle a réussi, au terme d'une dizaine d'années de travail, à déceler les mécanismes cellulaires responsables de la fabrication d'adhésifs sous-marins chez les moules.


La barbe de la moule (la partie qu'on retire avant la cuisson) est composée de filaments de byssus et elle sert à maintenir la moule en place. Au bout de chaque filament, on trouve une plaque de forme discale qui agit comme une colle sous-marine. Les propriétés inhabituelles de cette colle (Une colle ou la glu est un produit de nature liquide ou gélatineuse servant à lier des...) et des filaments du byssus fascinent les humains depuis l'Antiquité, alors qu'on tissait les filaments de certaines espèces pour en faire de luxueux bérets, sacs à main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à...), gants et bas.

Plus récemment, les scientifiques se sont inspirés de la composition chimique des filaments du byssus pour mettre au point (Graphie) des adhésifs sous-marins et des colles chirurgicales. La compréhension du mécanisme menant à la création de cette colle chez les mollusques devrait accélérer l'élaboration de colles à haute performance.

PHOTO: Tobias Priemel

"Le mécanisme exact permettant aux moules de produire leur substance adhésive nous échappait jusqu'à maintenant, puisque tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) se passe à l'intérieur du pied de la moule, hors de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...), explique Tobias Priemel, doctorant (Un doctorant est un chercheur débutant s'engageant, sous la supervision d'un directeur de...) au Laboratoire Harrington et auteur principal de l'article, dont les recherches sur le sujet remontent à sa maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de...) en Allemagne, il y a sept ans. Pour comprendre ces mécanismes, nous avons appliqué des techniques spectroscopiques et microscopiques de pointe et avons conçu une approche expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) qui combine plusieurs méthodologies (avancées et de base) issues de la biochimie (La biochimie est la discipline scientifique qui étudie les réactions chimiques ayant lieu...), de la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à...) et de la science des matériaux (La science des matériaux repose sur la relation entre les propriétés, la morphologie...)."

Grâce aux données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) infracellulaires qu'ils ont recueillies, les chercheurs ont découvert, à l'intérieur du pied de la moule, des cuticules de la taille de quelques microns (d'un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre...) variant entre 1/10 de la largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit...) et la largeur totale d'un cheveu humain) par lesquelles transitent les substances ensuite combinées pour créer la colle. Des protéines liquides condensées dans de tout petits sacs (vésicules) sont injectées dans les cuticules, où elles se mélangent à des ions métalliques (fer et vanadium (Le vanadium est un élément chimique, de symbole V et de numéro atomique 23.), extraits de l'eau de mer). Les ions métalliques, qui sont également stockés dans de petites vésicules, sont relâchés lentement dans un processus d'une grande précision culminant par le durcissement des protéines liquides, qui forment la colle solide.

L'accumulation et l'utilisation du vanadium sont particulièrement intéressantes puisque, selon les connaissances actuelles, très peu d'organismes hyperaccumulent cet ion (Un ion est une espèce chimique électriquement chargée. Le terme vient de l'anglais,...) métallique. Les chercheurs croient qu'il joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les...) un rôle important dans le durcissement de la colle et poursuivront leurs travaux dans ce domaine.

Dans la première partie de cette vidéo, on voit une moule de mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) produire les filaments de byssus et les plaques de colle qu'elle utilise pour se fixer aux roches et aux autres moules dans les zones intertidales où elle vit.
Dans la deuxième partie de la vidéo, une micro-tomodensitométrie (semblable aux tomodensitométries effectuées sur les gens en milieu hospitalier) nous permet de voir l'intérieur du pied, cet organe (Un organe est un ensemble de tissus concourant à la réalisation d'une fonction...) spécialisé de la moule qui produit la colle.
En vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...) apparaît la région où les protéines servant à la colle sont générées et stockées, et en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...) sont les cuticules qui acheminent ces protéines à l'extrémité du pied de la moule, où elles sont combinées aux ions métalliques pour former la colle.

"Les moules peuvent fabriquer leur colle sous-marine en deux à trois minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...) en mélangeant les ions métalliques aux protéines liquides, explique Matthew Harrington, professeur agrégé au Département de chimie de McGill et auteur en chef de l'article. Il s'agit de combiner les bons ingrédients, dans les bonnes conditions et au bon moment. Mieux on comprendra le processus, mieux les ingénieurs pourront ensuite adapter ces concepts à la fabrication de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) inspirés du monde (Le mot monde peut désigner :) biologique."

Publication:
L'étude: "Microfluidic-like fabrication of metal ion-cured bioadhesives by mussels", par Tobias Priemel et coll., a été publié dans Science.
DOI: doi/10.1126/science.abi9702
Cette étude a été financée grâce à une subvention (Une subvention est une aide financière, c’est-à-dire une somme d’argent, qui est...) Découverte du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), une chaire de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) du Canada de niveau 2, la Société Max-Planck (La Société Max-Planck (en allemand Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V....) et la Bourse d'excellence pour étudiants étrangers du FRQNT.
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