ISIAS

"Un éloge des araignées et de la soie d’araignée" par le Dr Mae-Wan Ho

Traduction et compléments de Jacques Hallard
mercredi 2 janvier 2013 par Ho Dr Mae-Wan

ISIS Biologie Araignées
Un éloge des araignées et de la soie d’araignée
In Praise of Spiders and Spiders’ Silk
Les merveilles de la nature sont là pour être appréciées, et non pas pour que l’on en abuse. Dr Mae-Wan Ho

Rapport de l’ISIS en date du 05/03/2012
Une version entièrement illustrée et référencée de cet article intitulé In Praise of Spiders and Spiders’ Silk est accessible par les mebres de l’ISIS sur le site http://www.i-sis.org.uk/In_Praise_o...
S’il vous plaît diffusez largement et rediffusez, mais veuillez SVP donner l’URL de l’original et conserver tous les liens vers des articles sur notre site ISIS

  Une créature d’une telle beauté et d’une telle grâce

Les araignées sont de belles et gracieuses créatures : la soie avec laquelle elles construisent leurs toiles et leurs cavités à œufs, et avec laquelle elles immobilisent leurs proies, etc… sont effet l’une des merveilles du monde vivant.
J’ai toujours aimé les araignées et je ne peux pas comprendre l’arachnophobie (la peur des araignées), une forme extrême que j’ai vue chez ma propre mère. Si jamais elle en repérait une dans la maison, elle poussait des cris et appelait à l’aide, en restant agitée jusqu’à ce que l’objet de sa peur soit écrasé sans ménagement et son corps brisé jeté hors de sa vue.
A l’inverse, je passais des heures à regarder la créature, si j’en apercevais une, tout aussi convaincue qu’elle devait sûrement me regarder. Voici quelques années, en été dans mon jardin, il y avait une araignée qui était suspendue la tête en bas en face de ma fenêtre, au centre de sa toile énorme de quelques mètres de diamètre. Nous pouvions examiner mutuellement le contenu de nos cœurs lorsque j’étais assise à mon bureau, en train de travailler sur mon ordinateur. Elle est restée dans une situation identique pendant deux étés successifs, et je pourrais presque jurer que c’était le même araignée.

En 2004, l’historien d’art britannique Simon Peers et le styliste américain Nicholas Godley ont uni leurs forces pour créer une tapisserie avec de la soie d’or brillante des araignées de Madagascar, puis ils l’ont affichée au zoo national de Madagascar. La taille impressionnante des araignées Nephila, fait qu’il est relativement facile d’en extraire de la soie et parce qu’elle est utilisée pour la construction de grandes toiles, densément tissées : elles peuvent en produire plus de 300 mètres à un moment donné [1].
Simon Peers et Nicholas Godley ont recueilli la soie avec plus d’un million d’araignées pour réaliser ce projet, en faisant appel à des aides pour récupérer le fil de l’araignée, qui pend en longueur, avec une bobine, afin de faire ressortir les centaines de mètres de soie que l’araignée avait stockés dans sa glande à soie. Ensuite, l’araignée épuisée avait été libérée dans la nature afin de reconstituer ses réserves, et elle pouvait être prête à nouveau pour recommencer au bout d’une semaine ou deux. La tapisserie qui en est résultée a été affichée à l’American Museum of Natural History à l’automne 2009. Elle ensuite été exposée au Victoria and Albert Museum à Londres à partir de janvier 2012, avec une robe de soie d’or supplémentaire [2].
C’est magnifique. Le tissu est une riche composition de couleur or bruni, léger comme un souffle d’air, bien que très résistant. La complexité du motif et la conception géométrique de la tapisserie de soie représentant des oiseaux et des fleurs, sont basés sur du textile traditionnel qui était réservé à l’origine à la royauté malgache. La robe est un brocart brodé avec un motif plus représentatif avec des araignées et des fleurs ; une véritable œuvre d’art appartenant aussi bien aux araignées Néphiles dorées qu’aux humains : artistes et artisans qui ont participé à sa création.

  Les merveilles de la soie d’araignée

Les êtres humains ont utilisé des soies produites par une grande variété d’arthropodes depuis des milliers d’années. La soie du papillon Bombyx mori a été obtenue à partir de l’élevage des vers à soie en Chine depuis au moins 5.000 ans. Les araignées ne peuvent être élevées, apparemment en raison de leur nature agressive et de leurs tendances cannibales, mais les toiles d’araignée de la Néphile dorée (Araneidae) ont été utilisées historiquement pour la pêche et pour faire des pansements, grâce à leurs étonnantes propriétés mécaniques et biomédicales [3]. Il existe plusieurs types de soies d’araignée. Une araignée Néphile dorée femelle est capable de produire 7 sortes de soies différentes, dont une pour y déposer ses d’œufs).

Les soies d’araignée sont adaptées à des utilisations diverses et elles ont des propriétés mécaniques différentes. La contrainte nécessaire pour briser les fibres varie dans une gamme de 0,02 à 1,7 GPa, tandis que leur extensibilité varie entre 10 et 500%. (le stress ou la résistance à la traction est mesurée en tant que force par unité de surface en Giga Pascal (109). Un Pascal est 1 Newton (1 kg m / s2) par mètre carré).
A titre de comparaison, l’acier se brise à 1,5 Gpa : il n’est guère exensible. La plupart des soies d’araignée présentent une combinaison de force et d’extensibilité qui donne une tenue et une résistance très élevée- la quantité d’énergie absorbée par unité de volume avant la rupture, qui dépasse la plupart des fibres naturelles ou fabriquées par les êtres humains, rendent ces soies idéales pour la confection des gilets pare-balles. Elles ont une propriété commune : un comportement viscoélastique car, lors de l’étirement, l’énergie est dissipée sous forme de chaleur, ce qui diminue tout recul élastique.
La soie le plus étudiée est la soie dragline, issue du matériau qu’une araignée traîne derrière elle, produite par la glande séricigène principale. Elle est utilisée pour la trame et les rayons d’une toile, et elle a une force maximale de 1,7 GPa. Bien que les fibres de carbone ‘Keviar’ aient une plus grande résistance et une bonne rigidité, les fibres de soie d’araignée ont une tenue beaucoup plus élevée en raison de leur plus grande extensibilité. Il s’agit de la soie de l’araignée Néphile dorée qui a été travaillée pour la fabrication de la robe dorée de l’exposition citée plus haut. La soie dragline a également d’autres fonctions intéressantes.
Par exemple, une araignée suspendue ne se tord presque jamais en vrille. Quand le fil traînant se tord, il n’oscille pas autour de la nouvelle position comme le fait une fibre de ‘Keviar’. Au lieu de cela, la fibre d’araignée revient lentement à sa position initiale, indiquant qu’il existe une mémoire de forme dans le fil.
Une autre caractéristique intéressante de la soie d’araignée est sa capacité à supporter l’humidité relative lorsque celle-ci est supérieure à 60%, ou le fait d’être mouillée. Les fils de soie diminuent de diamètre et se rétrécissent en longueur d’environ 50%. (Il doit y avoir ici une application possible pour la détection de l’humidité et son contrôle)

  Les protéines de la soie d’araignée et les gènes

Toutes les soies d’araignée sont principalement composées d’une ou de plusieurs protéines appelées spidroïnes, qui ont tendance à être assez grosses, jusqu’à 350 kDa. Elles ont une structure commune primaire comprenant un noyau central de grandes unités modulaires répétées, qui représentent 90% des acides aminés de la protéine, flanquées de domaines non répétitifs d’environ 100-140 acides aminés. Les séquences terminales, à travers les espèces hautement conservées chez les araignées et les types de soie, sont essentiels à la fois pour le stockage des spidroïnes dans les glandes à soie et pour la formation des fibres dans le conduit de filage ; elles y déclenchent des étapes essentielles dans l’ensemble complexe des spidroïnes, dont le résultat aboutit à des changements du pH ou de la composition ionique, ainsi que de la force.
La séquence de la base centrale répétitive est adaptée pour les fonctions individuelles mécaniques des différentes soies. En général, elle se compose d’unités modulaires, dont chacune comprend environ 40 à 200 acides aminés, et les unités sont répétées jusqu’à environ 100 fois dans le domaine de base. Dans la glande séricigène majeure, dans les glandes mineures et dans la soie flagelliforme, les unités modulaires sont constituées principalement d’un sous-ensemble des motifs de séquence : (A) 4-14, (GA)n, (GGX)n et (GPGXX)n, où A est l’alanine, G est la glycine, P est la proline, et X est une variété de différents acides aminés. À la différence des séquences situées aux extrémités, la région de base intrinsèque est dépliée, aussi longtemps que les spidroïnes sont stockées dans la glande.
Les spindroïnes de la glande principale sont MASP1, qui a la structure de base modulaire (A) 4-14, (GGX)n, d’une part, et MaSp2, qui a une structure de base modulaire (A) 4-14. (GPGXX)n, d’autre part.
Les fibres dragline, tissées par les araignées, ont été examinées à l’aide de diverses techniques microscopiques : elles révélent une structure centrale en forme de coquille. La coquille est assez mince et contient des lipides, des glycoprotéines et d’autres protéines de la soie.
Le noyau se compose essentiellement des deux protéines spidroïnes MASP1 et 2. Un seul module de MASP1 se compose généralement d’un bloc de polyalanine et de plusieurs motifs GGX. Dans les modules de MaSp2, le motif GGX est remplacé par GPGXX. Plusieurs dizaines de répétitions d’unités modulaires édifient la région centrale de ce noyau des spidroïnes.
Le bloc polyalanine forme des cristaux définis de taille nanométrique (2 x 5 x 7 nm) basés sur des feuillets de type b, empaquetés de manière serrée, dans lesquels les rubans de polyalanine, de différentes types de soies, s’étirent en formant souvent des motifs réticulés non-covalents ; GGX peut former aussi bien des feuillets de type b que des structures hélicoïdales moins ordonnées. Le motif GPGXX forme des enroulements de type b qui, lorsqu’ils sont répétés, aboutissent à une structure en spirale semblable à l’élastine.
Toutes les structures secondaires sont dues à des liaisons hydrogène (des liaisons spécifiques consistant en un atome d’hydrogène partagé entre deux atomes électronégatifs, tels que l’oxygène et l’azote). C’est la richesse en liaisons hydrogène dans la soie d’araignée naturelle qui lui donne toutes les propriétés mécaniques distinctives et qui permet en outre ‘l’auto-guérison’ de la soie, qui, après avoir été étirée, se réforme grâce à ces liaisons hydrogène [1].
Chez l’araignée Araneus diadematus, les deux protéines de soie nommés fibroïnes - ADF3 et ADF4 - ont des structures de base (A) 4-14, (GGX)n, (GPGXX)n et (A) 4-14.(GPGXX)n, respectivement. Il semble important d’avoir une paire de spidroïnes hydrophobes et hydrophiles : MaSp1/ADF4 sont plus hydrophobes et MaSp2/ADF3 sont plus hydrophiles [3].
La structure primaire de la protéine de soie ne suffit pas à expliquer les propriétés exceptionnelles de la fibre de soie dragline. Techniquement, les fibres sont filées à partir de spidroïnes reconstituées (des fibres de soie d’araignée chimiquement dissoutes) ou à partir de la solution d’origine à filer qui est prise à la glande séricigène : ces fibres montrent des propriétés mécaniques complètement différentes, par rapport aux fibres filées par les araignées.
Le processus naturel de l’araignée implique un écoulement pré-aligné d’une solution de cristaux liquides de nature nématique (en forme de fil), contenant 50% d’eau, un allongement à travers un conduit se rétrécissant en forme de S, et un tirant de la fibre à partir de l’orifice de sortie : cela conduit à certains changements structurels et à une séparation de phase entre le solvant aqueux qui est éliminé activement par les cellules épithéliales, ainsi que par les spidroïnes.
Ainsi que les influences mécaniques, des changements chimiques se produisent surtout dans le conduit en forme de S de l’araignée : il y a un échange d’ions sodium et de chlore, pour des ions potassium et du phosphate ; cela est responsable de l’exposition des zones hydrophobes à l’intérieur des séquences C terminales et non-répétitives. Avec un abaissement du pH de 7 à 6, les parties amino-terminales se dimérisent (se rejoignent par paires), agissant comme des réticulations supplémentaires entre les spidroïnes.
Une fois que la fibre a quitté l’araignée, l’araignée tire et étire la fibre, conduisant à une évaporation de l’eau supplémentaire et à un alignement des molécules à l’intérieur de la fibre.
Les fibrilles, orientées selon l’axe de la fibre, forment le coeur de la fibre, ressemblant à la structure d’un câble. On peut trouver de petits cristallites (2 x 5 x 7 nm) comprenant des feuillets de type b d’alanine fortement empaquetés et de grandes régions cristallines (> 100 nm), basées sur des séquences de glycine-alanine, avec une forte teneur en feuillets b.
Deux régions cristallines sont reliées entre elles par une matrice ‘amorphe’, avec des structures hélicoïdales disposées de manière lâche et orientées selon l’axe de la fibre. Les zones cristallines sont responsables de la force tandis que la matrice est responsable de l’élasticité.

  Les bons usages et les abus d’usages

En dehors des fibres, qui ont de nombreuses applications dans des textiles légers à usage militaire et civil, ainsi que dans la conception des articles de mode, la soie d’araignée peut également s’auto-assembler sous des formes non-naturelles, telles que des sphères, des capsules, des films et des hydrogels, avec de nombreuses applications potentielles, en tant que supports pour les médicaments, pour les squelettes destinés à l’ingénierie tissulaire, pour les cosmétiques, pour les appareils électroniques et même pour la biodétection [3].
Beaucoup d’efforts d’ingénierie génétique sont actuellement consacrés à la soie d’araignée en vue d’une production commerciale. Mais il est important de le faire sur le plan éthique, sans exploitation indue des animaux (voir [4] Unspinning the Web of Spider-Goat, SiS 54) *, et en tenant dûment compte des questions de sécurité [5] ] (Genetic Engineering Spider Silk, SiS 54) **.
* Version en français "Méfions-nous de la toile de la ‘chèvre-araignée’" par le Dr. Mae-Wan Ho. Traduction et compléments de Jacques Hallard ; accessible sur http://isias.transition89.lautre.ne...
** Version en français "De la soie d’araignée produite par les méthodes et techniques du génie génétique" par le Dr. Mae-Wan Ho. Traduction et compléments de Jacques Hallard ; accessible sur le site ISIAS Introduire les Sciences et les Intégrer dans des Alternatives Sociétales

© 1999-2012 The Institute of Science in Society
Contact the Institute of Science in Society
MATERIAL ON THIS SITE MAY NOT BE REPRODUCED IN ANY FORM WITHOUT EXPLICIT PERMISSION. FOR PERMISSION, PLEASE CONTACT ISIS

 Définitions et compléments

Un éloge des araignées et de la soie d’araignée

 Traduction, définitions et compléments :

Jacques Hallard, Ing. CNAM, consultant indépendant.
Relecture et corrections : Christiane Hallard-Lauffenburger, professeur des écoles.
Adresse : 585 19 Chemin du Malpas 13940 Mollégès France
Courriel : jacques.hallard921@orange.fr
Fichier : ISIS Biologie Araignées In Praise of Spiders and Spiders’ Silk French version.3 allégée.


Accueil | Contact | Plan du site | | Statistiques du site | Visiteurs : 751 / 304417

Suivre la vie du site fr  Suivre la vie du site Pour en savoir plus  Suivre la vie du site Biodiversité(s), Brevets du Vivant & Protection des (...)   ?    |    titre sites syndiques OPML   ?

Site réalisé avec SPIP 3.2.1 + AHUNTSIC

Creative Commons License