Les grenouilles peuvent offrir un véritable fouet à la langue

Une équipe de chercheurs a cherché à comprendre pourquoi les langues de grenouilles sont si collantes

Quiconque a essayé d'utiliser un morceau de ruban adhésif mouillé ou sale sait qu'il perd assez rapidement son caractère collant. Ainsi, lorsque Alexis Noel, doctorant à Georgia Tech, et son conseiller, chercheur en biolocomotion David Hu, ont vu une vidéo YouTube d'une grenouille Pac-Man « attrapant » de manière experte des fourmis numériques rampant sur l'écran d'un téléphone portable, ils se sont demandé : comment fait exactement une grenouille ? il?

Les 4 700 espèces de grenouilles dans le monde utilisent toutes leur langue collante pour attraper leurs proies, les chassant à des vitesses plus rapides qu'un humain ne peut cligner des yeux. La langue est si adhésive qu'elle peut facilement transformer des grillons poussiéreux, des vers glissants, des araignées velues et tout ce qui passe à portée de main en une délicieuse collation. Mais exactement comment a été un mystère. « Les recherches précédentes sur les langues de grenouilles étaient plutôt limitées », explique Noel. « Des recherches ont été menées sur la musculature de la langue de grenouille, la structure de sa surface, le tissu épithélial et les voies neurologiques, mais personne n'avait examiné les propriétés adhésives de la salive pour comprendre pourquoi elle est si collante. »

En 2014, des chercheurs allemands ont percé une partie du mystère lorsqu'ils ont découvert que la langue d'une espèce de grenouille à cornes avait une force d'adhésion 1,4 fois supérieure à son propre poids corporel. Ces chercheurs ont également découvert que la salive de la grenouille agit plus ou moins comme un morceau de ruban adhésif.

Noel et Hu voulaient approfondir les mécanismes de cette rigidité. Ils ont commencé leur travail en filmant six espèces de grenouilles de la Amphibian Foundation, basée à Atlanta, avec des caméras à grande vitesse. Ces vidéos leur montraient exactement ce que les langues pouvaient faire : ils étaient capables d'attraper un insecte en seulement 0,07 seconde et de le rétracter dans leur bouche avec une force de gravité 12 fois supérieure.

L’équipe a ensuite collecté des langues de grenouilles léopards utilisées dans un cours de dissection de biologie sur le campus de Georgia Tech. En examinant les langues, ils ont constaté que le matériau était extrêmement doux, souple et extensible, environ 10 fois plus doux que la langue humaine et à peu près aussi doux que le tissu cérébral. L’étape suivante consistait à collecter de la salive de grenouille pour tester ses propriétés. Ce qui est plus difficile qu’il n’y paraît. Contrairement aux humains, qui font couler la salive des glandes de la bouche sur la langue, Noel explique que les langues de grenouille produisent leur propre salive et ressemblent à des éponges infusées de liquide. L'équipe a donc dû passer une soirée à arracher la langue de 18 grenouilles et à les essuyer avec des feuilles de plastique jusqu'à ce qu'elles collectent suffisamment de globules de salive semblable à de la morve pour les étudier.

L’analyse des crachats de grenouille a montré quelque chose d’intéressant. La salive est un fluide viscoélastique à deux étages, un type connu sous le nom de non newtonien. En anglais, cela signifie que lorsque la langue de la grenouille se déchaîne et frappe, par exemple, une sauterelle, la force de l'impact transforme la salive en un liquide fluide. La langue ultra douce et la salive juteuse peuvent s'enrouler autour de l'insecte et pénétrer dans tous les interstices et recoins de son corps en une fraction de seconde, obtenant ainsi une prise ferme. Cependant, lorsque la grenouille ramène sa langue vers sa bouche, la salive s'épaissit encore plus que le miel, la rendant super collante. Une fois que la collation à six pattes est dans sa bouche, la grenouille cligne des yeux, utilisant ses globes oculaires pour détacher à nouveau la salive et gratter l'insecte de sa langue et le faire descendre par la trappe. La recherche apparaît dans le Interface du Journal de la Royal Society.

« Nous n'avons pas été surpris que la salive soit un fluide non newtonien, mais nous avons été surpris par l'amincissement par cisaillement », explique Noel, expliquant que l'amincissement par cisaillement se produit lorsque la viscosité, ou l'épaisseur d'un fluide, diminue sous l'effet d'un stress. Le même principe s’applique à d’autres fluides courants comme le ketchup et la peinture domestique. Avec la peinture, par exemple, la pression du pinceau la rend liquide et étalable, mais une fois le pinceau retiré, la peinture s'épaissit et colle au mur. Ce principe est encore plus visible dans la salive de la grenouille. « Il y a une différence marquée entre les deux phases. C'est très rapide, et la viscosité chute très rapidement lorsque la grenouille rétracte sa langue.

En fait, la combinaison de la langue et de la salive crée une force d’adhésion environ 50 fois plus forte que celle de certains polymères adhésifs synthétiques. Hu affirme que la plupart des adhésifs produits aujourd'hui sont assez rigides, comme le ruban adhésif. Mais les nouvelles recherches pourraient conduire à des adhésifs souples et collants utilisés dans des choses comme les pansements, la fabrication de robots souples ou même de nouvelles façons pour les drones de ramasser des objets.

Christopher Raxworthy, conservateur au Musée américain d'histoire naturelle qui a découvert de nombreuses nouvelles espèces de reptiles et d'amphibiens sur le terrain, affirme que cette recherche est passionnante pour les herpétologues. « Un travail comme celui-ci est tellement cool quand on lit des articles et que l'on commence à comprendre les mécanismes de ces animaux », dit-il. «C'est quelque chose qui se produit en un instant, et sur le terrain, ce n'est pas quelque chose de facile à voir. Je suis toujours frappé par l’importance d’observer ces espèces en laboratoire dans des conditions contrôlées.

Noel dit qu'elle envisage de commencer à chercher des moyens de créer de nouveaux adhésifs à base de langues de grenouilles, et espère également étudier des propriétés similaires dans les langues de caméléons (et en particulier comment ils se lèchent les globes oculaires sans se blesser). Mais elle dit que travailler sur les grenouilles en laboratoire souligne à quel point leur conservation est importante en dehors du laboratoire, car elles ont encore beaucoup à nous apprendre.