Les araignées qui ne tissent pas de bonne soie ne mangent pas. La soie que les araignées produisent pour créer leurs toiles est la clé de leur survie, mais les araignées vivent dans de nombreux endroits différents qui nécessitent des toiles affinées pour un succès local. Les scientifiques ont maintenant étudié la colle qui rend les toiles d’araignées tisserandes orb collantes pour comprendre comment ses propriétés matérielles varient dans différentes conditions.
« La découverte des composants protéiques collants des colles biologiques ouvre la porte à la détermination de l’évolution des propriétés des matériaux », a déclaré le Dr Nadia Ayoub de l’Université de Washington et Lee, co-auteur correspondant de l’étude publiée dans Frontières en écologie et évolution. « Les fibres et les colles de soie d’araignée représentent un modèle fantastique pour répondre à ces questions car elles sont principalement constituées de protéines et les protéines sont codées par des gènes. »
« Les soies et colles d’araignées ont un énorme potentiel biomimétique », a ajouté le Dr Brent Opell de Virginia Tech, co-auteur correspondant. « Les araignées fabriquent des colles aux propriétés impressionnantes qui auraient des applications dans l’industrie, la médecine et au-delà. »
Enchevêtré dans des toiles d’araignées
Chaque brin d’une toile d’araignée orb weaver contribue à la capture de nourriture. La toile a un cadre rigide qui absorbe l’impact des proies, qui sont ensuite piégées par des lignes collantes jusqu’à ce que l’araignée puisse s’y attaquer. Ces lignes sont rendues collantes par une colle aqueuse synthétisée dans des glandes agrégées. La colle absorbe l’eau de l’atmosphère et doit être optimisée pour obtenir les meilleurs résultats d’adhérence pour l’humidité locale. Mais il existe de nombreuses espèces d’araignées orb weaver vivant dans des environnements différents, ce qui signifie que leur colle doit s’adapter à différents niveaux d’humidité.
Pour comprendre comment l’adhérence de la colle d’araignée s’adapte, Ayoub et ses collègues se sont concentrés sur deux espèces, Argiope argentata, qui vit dans des environnements secs ; et Argiope trifasciata, qui vit dans des environnements humides. L’équipe a collecté des toiles d’A. trifasciata dans la nature et a demandé à des araignées A. argentata de construire des toiles en laboratoire. Pour s’assurer que ces toiles étaient équivalentes aux toiles dans la nature, les scientifiques ont nourri les araignées avec un régime comparable à leurs proies habituelles et ont comparé le volume des gouttelettes de colle aux témoins sauvages pour s’assurer que l’humidité dans le laboratoire n’affectait pas les propriétés des gouttelettes. . Ils ont ensuite analysé les protéines de la colle et les propriétés matérielles des gouttelettes.
Une situation délicate
L’équipe a découvert que les gouttelettes d’araignées A. argentata sont plus petites que celles d’A. trifasciata et absorbent moins d’eau à mesure que l’humidité locale augmente. Ils avaient également des noyaux de protéines plus petits, occupant une plus petite proportion du volume de la gouttelette et absorbant moins d’eau de l’atmosphère. La ténacité des gouttelettes de colle pour les deux espèces d’araignées est basée sur la rigidité du noyau protéique des gouttelettes, et la ténacité du noyau protéique d’ A. argentata a diminué à mesure que l’humidité augmentait. Les gouttelettes de colle à fil d’A. argentata étaient généralement plus rapprochées et plus collantes.
Les scientifiques ont également analysé les protéines trouvées dans les gouttelettes de colle pour comprendre comment ces différences de propriétés matérielles proviennent des protéines. Bien que les protéines qu’ils ont trouvées soient similaires, elles sont apparues dans des proportions différentes, et la colle A. argentata contenait les produits protéiques de quatre gènes qui n’apparaissaient pas dans la colle A. trifasciata. Ces protéines supplémentaires et un rapport plus équilibré des protéines AgSp1 et AgSp2 peuvent expliquer à la fois la plus grande ténacité de cette colle et sa plus faible capacité d’absorption d’eau.
« Malgré les différences dramatiques dans les propriétés des matériaux, les deux espèces partagent la plupart de leurs composants protéiques », a déclaré Opell. « Les séquences de ces protéines sont également similaires entre les espèces, mais l’abondance relative des protéines individuelles diffère. La modification des ratios de protéines est probablement un mécanisme rapide pour ajuster les propriétés matérielles des colles biologiques. »
« Cette étude n’a examiné que deux espèces, de sorte que nos relations proposées entre les protéines et les propriétés des matériaux sont limitées », a averti Ayoub. « Cependant, nous sommes en train de documenter les composants protéiques et les propriétés matérielles d’un ensemble diversifié d’espèces, ce qui permettra d’avoir plus de puissance pour détecter les mécanismes par lesquels les protéines donnent lieu à des propriétés matérielles. »
Plus d’information:
Composition de protéine de colle d’agrégat de tisserand d’Orb comme mécanisme pour l’évolution rapide des propriétés matérielles, Frontières en écologie et évolution (2023). DOI : 10.3389/fevo.2023.1099481