Des scientifiques de l’Université de l’Oregon ont découvert que des colonies d’animaux marins gélatineux nagent dans l’océan en forme de tire-bouchon géant en utilisant une propulsion à réaction coordonnée, un type de locomotion inhabituel qui pourrait inspirer de nouvelles conceptions de véhicules sous-marins efficaces.
La recherche porte sur les salpes, de petites créatures qui ressemblent à des méduses et qui effectuent un voyage nocturne des profondeurs de l’océan jusqu’à la surface. L’observation de cette migration avec des caméras spéciales a aidé les chercheurs de l’UO et leurs collègues à capturer le comportement de nage gracieux et coordonné du macroplancton.
« La plus grande migration de la planète se produit chaque nuit : la migration verticale d’organismes planctoniques des profondeurs marines vers la surface », a déclaré Kelly Sutherland, professeur agrégé de biologie à l’Institut de biologie marine de l’Oregon de l’UO, qui a dirigé la recherche. « Ils courent un marathon chaque jour en utilisant une nouvelle mécanique des fluides. Ces organismes peuvent servir de plates-formes d’inspiration pour construire des robots qui traversent efficacement les profondeurs marines. »
Les conclusions des chercheurs ont été publiées le 15 mai dans la revue Avancées scientifiques. L’étude comprenait des collaborations du Consortium marin des universités de Louisiane, de l’Université de Floride du Sud, de l’Université Roger Williams, du Laboratoire de biologie marine et du Providence College.
Bien qu’elles ressemblent aux méduses, les salpes sont du macroplancton aqueux en forme de tonneau qui est plus étroitement lié aux vertébrés comme les poissons et les humains, a déclaré Alejandro Damian-Serrano, professeur adjoint de biologie à l’UO. Ils vivent loin des côtes et peuvent vivre soit en tant qu’individus solitaires, soit en colonies, a-t-il expliqué. Les colonies sont constituées de centaines d’individus liés en chaînes pouvant atteindre plusieurs mètres de long.
« Les salpes sont des animaux vraiment étranges », a déclaré Damian-Serrano. « Alors que leur ancêtre commun avec nous ressemblait probablement à un petit poisson désossé, leur lignée a perdu beaucoup de ces caractéristiques et en a agrandi d’autres. Les individus solitaires se comportent comme ce vaisseau-mère qui engendre de manière asexuée une chaîne de clones individuels, réunis pour produire une colonie. «
Mais la chose la plus unique à propos de ces créatures océaniques a été découverte lors des expéditions océaniques des chercheurs : leurs techniques de nage.
En explorant au large de Kailua-Kona, à Hawaï, Sutherland et son équipe ont développé des systèmes de caméras 3D spécialisés pour plonger leur laboratoire sous l’eau. Ils ont effectué des plongées sous-marines de jour, « immergées dans un bleu infini », comme l’a décrit Damian-Serrano, pour des enquêtes à haute visibilité.
Ils ont également effectué des plongées de nuit, lorsque le fond noir permettait d’obtenir des images très contrastées des créatures transparentes. Ils ont rencontré une immense rafale de salpes différentes qui effectuaient leur migration nocturne vers la surface, ainsi que de nombreux requins, calmars et crustacés photobombés, a noté Sutherland.
Grâce à l’imagerie et aux enregistrements, les chercheurs ont remarqué deux modes de nage. Là où des colonies plus courtes tournaient autour d’un axe, comme un ballon de football en spirale, des chaînes plus longues se déformaient et s’enroulaient comme un tire-bouchon. C’est ce qu’on appelle la nage hélicoïdale.
La nage hélicoïdale n’a rien de nouveau en biologie, a déclaré Sutherland. De nombreux micro-organismes tournent et tournent également dans l’eau, mais les mécanismes à l’origine du mouvement des salpes sont différents. Les microbes battent l’eau avec des projections ressemblant à des cheveux ou des fouets de queue, mais les salpes nagent grâce à la propulsion par réaction, a déclaré Sutherland. Ils ont des bandes musculaires qui se contractent, comme celles de la gorge humaine, qui pompent l’eau aspirée d’un côté du corps et expulsée de l’autre extrémité pour créer une poussée, a déclaré Damian-Serrano.
Les chercheurs ont également remarqué que les jets individuels se contractaient à des moments différents, ce qui faisait que toute la colonie se déplaçait de manière constante et sans pause. Les jets étaient également inclinés, contribuant à la rotation et à la nage des bobines, a déclaré Sutherland.
« Ma première réaction a été vraiment une réaction d’émerveillement et de crainte », a-t-elle déclaré. « Je décrirais leur mouvement comme celui d’un serpent et gracieux. Ils ont plusieurs unités qui pulsent à des moments différents, créant ainsi une chaîne entière qui se déplace très facilement. C’est une très belle façon de se déplacer. »
Des microrobots inspirés par des nageurs microbiens existent déjà, a déclaré Sutherland, mais cette découverte ouvre la voie aux ingénieurs pour construire des véhicules sous-marins plus grands. Il pourrait être possible de créer des robots silencieux et moins turbulents en s’inspirant de ces nageurs efficaces, a déclaré Damian-Serrano. Une conception multijet peut également être énergétiquement avantageuse pour économiser du carburant, a-t-il déclaré.
Au-delà des microbes, les organismes plus grands comme le plancton n’ont pas encore été décrits de cette manière, a déclaré Sutherland. Grâce aux méthodes nouvelles et innovantes de Sutherland pour étudier les créatures marines, les scientifiques pourraient se rendre compte que la nage hélicoïdale est plus répandue qu’on ne le pensait auparavant.
« C’est une étude qui soulève plus de questions qu’elle n’apporte de réponses », a déclaré Sutherland. « Il existe cette nouvelle façon de nager qui n’avait jamais été décrite auparavant, et lorsque nous avons commencé l’étude, nous avons cherché à expliquer comment elle fonctionne. Mais nous avons constaté qu’il y avait beaucoup plus de questions ouvertes, comme par exemple quels sont les avantages de nager de cette façon. ? Combien d’organismes différents tournent ou tirent-bouchon ? »
Plus d’information:
Kelly R. Sutherland et al, Filature et tire-bouchon du macroplancton océanique révélés par l’imagerie in situ, Avancées scientifiques (2024). DOI : 10.1126/sciadv.adm9511