[Science] Comment les C.Trilineatus survivent aux Piranhas

Traduit de National Geographic
Source : https://www.nationalgeographic.com/animals/2021/01/tiny-catfish-shrugs-off-piranha-bites/

Comment ces poissons - «minuscules réservoirs de l'Amazonie» - survivent aux piqûres de piranha
Le cory à trois rayures, un petit poisson-chat, peut résister à plusieurs morsures de piranha. Ses écailles super fortes pourraient inspirer de nouveaux matériaux humains.
PUBLIÉ 21 JANVIER 2021
PAR ELIZABETH ANNE BROWN

PS : " cory à trois rayures", est le nom anglais commun du Corydoras Trilineatus

DES CHERCHEURS D'UN laboratoire de biomécanique californien ont récemment mis en scène ce qui aurait dû être le match en cage d'eau douce le plus déséquilibré de tous les temps. Dans un coin se trouvait un piranha au ventre rouge, la terreur aux dents de rasoir de l'Amazone. Dans l'autre, il y avait un cory à trois rayures, un poisson-chat légèrement idiot d'environ un pouce de long.

Le piranha poussa le cory dans un coin, s'ouvrit en grand et mordilla une, deux fois, finalement 10 fois - seulement pour que le poisson-chat se dégage et dérive imperturbable, même s'il est un peu vexé.

«Ce n'est même pas une réponse surprenante, là où ça s'en va vite», dit Misty Paig-Tran , professeur agrégé de sciences biologiques à la California State University, Fullerton, avec un petit rire d'admiration. «C'est juste un peu comme: 'Qu'est-ce que tu fais? Arrête de gâcher ma journée. ''

Comment ce petit poisson peut-il subir un tel abus? Selon des recherches récentes publiées dans la revue scientifique Acta Biomaterialia , le secret est son armure: des balances spécialisées en collagène et minéral qui dépassent leur poids. Les chercheurs espèrent que les humains pourront imiter ces échelles pour fabriquer des matériaux plus solides et plus légers, tels que les gilets pare-balles.

Nager un autre jour
Le cory à trois rayures appartient à un groupe taxonomique appelé le poisson-chat blindé et

passe ses journées à renifler le long des rives sablonneuses et des fonds boueux des rivières de l'Amazone et de ses affluents. Il utilise ses moustaches charnues bordées de papilles gustatives pour chercher de la nourriture.

D'une longueur d'un pouce ou deux, ces poissons peuvent être mangés entiers par certains grands prédateurs, y compris les loutres géantes et les dauphins roses . Mais quand il s'agit de piranhas - en particulier les plus petits qui ont tendance à s'intéresser au poisson-chat pour commencer - les écailles du cory donnent à la créature une chance de se battre.

Au cours de l'étude, des corys à trois rayures ont été introduits dans des piranhas à ventre rouge élevés en captivité. Andrew Lowe , maintenant assistant de recherche à l'Université Chapman, a pensé que le pronostic du cory était sombre - des vidéos d'aquariophiles nourrissant leurs piranhas de compagnie révèlent qu'une morsure à l'abdomen peut suffire à arracher les tripes de poissons non blindés de taille similaire.


Les piranhas à ventre rouge ont des dents acérées comme des rasoirs qui leur permettent de manger de nombreux animaux plus petits, notamment des poissons, des crustacés et des insectes.
Mais les corys ont tenu bon. Ils ont évasé des épines pointues sur leurs nageoires pectorales et le dos pour éloigner les piranhas de la fente principale de leur armure - la zone autour de leurs branchies, où une morsure bien placée peut entraîner une décapitation.

Les piranhas frappaient généralement la queue, mais ils avaient du mal à percer l'armure du cory. Quand ils l'ont fait, ils ont dû grignoter en moyenne huit fois pour mettre une bosse dans son armure de queue. Les piranhas ont eu encore plus de mal à percer les écailles abdominales du cory - ils n'ont réussi que 20% du temps, avec une moyenne de 10 morsures jusqu'à la ponction.

Trois des piranhas ont finalement abandonné après l'échec de leurs attaques, tandis que les sept autres piranhas ont pu envoyer leur proie. Mais c'est avec autant de rematchs que les piranhas voulaient et nulle part pour que le cory puisse s'échapper. Dans la nature, l'eau trouble et les plantes offrent de nombreux endroits où se cacher un poisson intelligent, dit Lowe.


«Il vous suffit de garder votre armure intacte jusqu'à ce que le piranha vous libère», dit Paig-Tran. S'ils peuvent s'échapper sans endommager leurs organes internes, «ils vivent pour combattre un autre piranha un autre jour».

Copier le cory
Contrairement au poisson arc -en- ciel ou au betta dans votre classe d'école primaire, les écailles du cory ne sont pas arrondies. Ils ressemblent plus à un jeu de cartes en éventail, long et mince et disposé en deux rangées verticales qui courent le long de son corps. Et tandis que les écailles de la plupart des poissons vivants sont formées par des odontoblastes, les cellules qui créent nos dents, les écailles du cory sont issues d'ostéoblastes, les cellules responsables de la construction osseuse.

Ces écailles, également appelées écailles, sont assez résistantes. Mais Lowe dit que c'est en fait une partie molle de l'armure du poisson qui lui donne un avantage. Chaque écaille est composée de deux couches: une surface dure et minéralisée et un réseau de tissu tissé à base de collagène, la même protéine qui rend notre peau élastique et forme l'échafaudage des os.

Les surfaces dures, particulièrement minces, comme les miroirs ou les assiettes à dîner, sont sujettes à la fragilité et à la fissuration sous l'effet du stress. Alors que la couche minérale dure de l'écaille rend plus difficile pour les dents du piranha de percer le cory plein de trous, cette couche douce en dessous aide à absorber la force des morsures pour empêcher la balance elle-même de se crisser .

Marc Meyers, ingénieur des matériaux à l'Université de Californie à San Diego, qui n'a pas participé à l'étude, décrit les résultats du match en cage de Lowe comme intrigants. «L'armure cutanée a évolué à plusieurs reprises dans la nature», chacune spécialement adaptée à la «course aux armements» prédateur-proie de l'écologie locale, dit Meyers. Il a ajouté qu'il serait impatient d'examiner la nanostructure de la partie molle de l'écaille du cory.

Si le cory est un poids plume, le poids lourd de l'Amazonie est l'arapaima, pesant 200 livres et mesurant jusqu'à six pieds de long. Meyers et son équipe étudient ce poisson depuis une décennie. L'armure de l'arapaima utilise du collagène disposé en feuilles de tire-bouchon compliquées pour diffuser la pression. Le collagène du cory pourrait être comme celui de l'arapaima en miniature, ou il pourrait s'agir d'une structure entièrement nouvelle, dit Meyers.

Les humains tentent de comprendre comment fonctionne l'armure de poisson depuis des milliers d'années et l'ont même utilisée pour concevoir une armure. Paig-Tran cite les cuirasses complexes en écailles de poisson de la dynastie Han et des Scythes comme des exemples de tentatives d'imiter la nature, un exercice connu sous le nom de biomimèse.

Aujourd'hui, les chercheurs voient l'interface dur-souple des espèces de poissons comme le cory comme un modèle pour créer une armure corporelle plus légère et plus flexible. Des équipes du monde entier ont testé des armures en écailles de poisson fabriquées à partir de polymères imprimés en 3D , de verre et de céramiques perforées , et un groupe de l'Imperial College de Londres a récemment prototypé des échelles polymères micro-minces renforcées de fibre de carbone qui, intactes, ont résisté à une charge 46% plus élevée. qu'une couche continue du polymère de fibre de carbone.

Paig-Tran dit qu'elle n'est pas surprise que les poissons comme le «petit réservoir de l'Amazone» aient une nageoire sur les inventeurs humains. Ils y sont depuis des millions d'années, après tout.

Cet article de National Geographic fait suite à :

Títre EN : Scale performance and composition in a small Amazonian armored catfish, Corydoras trilineatus
Títre FR : Échelle des performances et de la composition des écailles dans un petit poisson-chat blindé amazonien, Corydoras trilineatus

Magazine: Acta Biomaterialia, 30 November 2020
Auteurs : Andrew Lowe, Adam P.Summers, Ryan P.Walter ,SeanWalker, E.W.Misty Paig-Tran
Licence : Creative Commons license, open access
DOI : https://doi.org/10.1016/j.actbio.2020.11.045
HTML : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1742706120306991

Abstract-EN

The cory catfishes (Callichthyidae) are small, South American armored catfishes with a series of dermal scutes that run the length of the fish from posterior to the parieto-supraoccipital down to the caudal peduncle. In this study, we explore the anatomy and functional performance of the armored scutes in the three-striped cory catfish, Corydoras trilineatus. The lateral surface has a dorsal and a ventral row of scutes that interact at the horizontal septum. The scutes have little overlap with sequential posterior scutes (~33% overlap) and a deep ridge in the internal surface that connects to the underlying soft tissue. The internal surface of C. trilineatus scutes is stiffer than the external surface, contrary to the findings in a related species of cory catfish, C. aeneus, which documented a hypermineralized, enamel-like, non-collagenous, hyaloine layer along the external surface of the scute. Clearing and staining of C. trilineatus scutes revealed that the scutes have highly mineralized (~50% mineralization) regions embedded in between areas of low mineralization along the posterior margin. Puncture tests showed that posterior scutes were weaker than both anterior and middle scutes, and scutes attached to the body required 50% more energy to puncture than isolated scutes. Corydoras trilineatus has the strongest armor in areas critical for protecting vital organs and the external armored scute receives synergistic benefits from interactions to the soft underlying tissue, which combine to provide a tough protective armor that still allows for flexible mobility.
Keywords : Corydoras trilineatus mechanical properties armor

Resumen-ES

Les poissons-chats cory (Callichthyidae) sont de petits poissons-chats blindés d'Amérique du Sud avec une série d'écailles dermiques qui courent le long du poisson de l'arrière au pariéto-supraoccipital jusqu'au pédoncule caudal. Dans cette étude, nous explorons l'anatomie et les performances fonctionnelles des écailles blindées chez le poisson-chat cory à trois rayures, Corydoras trilineatus. La surface latérale a une rangée dorsale et ventrale d'écailles qui interagissent au niveau du septum horizontal. Les écailles ont peu de chevauchement avec des écailles postérieures séquentielles (~ 33% de chevauchement) et une crête profonde dans la surface interne qui se connecte aux tissus mous sous-jacents. La surface interne des écailles de C. trilineatus est plus rigide que la surface externe, contrairement aux découvertes chez une espèce apparentée de poisson-chat cory, C. aeneus, qui a documenté une couche d'hyaloïne hyperminéralisée, semblable à de l'émail, non collagène le long de la surface externe. du scute. Le défrichage et la coloration des écailles de C. trilineatus ont révélé que les écailles ont des régions fortement minéralisées (~ 50% de minéralisation) noyées entre les zones de faible minéralisation le long de la marge postérieure. Les tests de ponction ont montré que les scutes postérieures étaient plus faibles que les scutes antérieures et moyennes, et les scutes attachées au corps nécessitaient 50% plus d'énergie pour piquer que les scutes isolées. Corydoras trilineatus possède l'armure la plus solide dans les zones critiques pour la protection des organes vitaux et l'écaille blindée externe bénéficie des avantages synergiques des interactions avec les tissus mous sous-jacents, qui se combinent pour fournir une armure de protection robuste qui permet toujours une mobilité flexible.
Mots clés : Corydoras trilineatus propriétés mécaniques armure

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Résumé traduit :
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Cette étude montre que les boucliers du Corydoras trilineatus sont fortement minéralisés, mais présentent également une forme de tissu vivant qui confère une certaine élasticité à l'ensemble, pour mieux accueillir les chocs / coups.

Les corydoras (Callichthyidae) sont de petits siluriformes blindés sud-américains avec une série de boucliers cutanés qui parcourent la longueur du poisson de la partie postérieure du pariéto-supraoccipital au pédoncule caudal. Cet article étudie l'anatomie et les performances fonctionnelles des boucliers blindés chez les corydoras à trois bandes, Corydoras trilineatus . La surface interne des boucliers de C. trilineatus est plus rigide que la surface externe, contrairement aux découvertes chez une espèce apparentée, C. aeneus, qui montrait une couche hyperminéralisée, semblable à un émail, non collagène de hyaloïne le long de la surface.

L'étude a révélé que C. trilineatus avait des zones de bouclier hautement minéralisées (~ 50% de minéralisation) noyées entre des zones de faible minéralisation le long de la marge postérieure. Les examens de biopsie ont montré que les boucliers postérieurs étaient plus faibles que les boucliers antérieur et moyen, et les boucliers attachés au corps nécessitaient 50% plus d'énergie pour percer que les boucliers isolés. Le Corydoras trilineatus possède l'armure la plus solide dans les zones critiques pour protéger les organes vitaux et le bouclier blindé externe bénéficie des avantages synergiques des interactions avec les tissus mous sous-jacents, se combinant pour fournir une armure de protection robuste qui permet toujours une mobilité flexible.

Les écailles de C. trilineatus sont sallopées le long du corps axial en arrière du pariéto-supraoccipital au pédoncule caudal (Fig. 3) semblable à C. aeneus. Les deux rangées d'écrans latéraux forment un motif de verrouillage alterné le long de la marge horizontale du corps (Fig. 3A); cependant, ce même modèle de verrouillage n'est pas présent sur les surfaces dorsale et ventrale du corps (figures 3B et 3C, respectivement).

La surface intérieure du bouclier a une structure épaissie sous-jacente qui ancre le bouclier au tissu mou sous-jacent (Fig. 3D), tandis que la surface extérieure du bouclier apparaît lisse et plate (Fig. 3E). La position de la structure correspond à des zones avec peu ou pas de chevauchement des boucliers (figures 3F et 3G). Il en résulte des zones plus minces qui sont structurellement renforcées avec chevauchement et plus épaisses dans les zones sans chevauchement.

Les boucliers sont recouverts d'une fine couche d'épithélium (figure 4A) qui fournit des motifs de couleurs distinctifs sur toute la longueur du poisson. Un examen plus approfondi avec la technologie CT révèle que le mécanisme de verrouillage décrit ci-dessus est plus proéminent vers la partie rostrale du squelette axial (figures 4B et 4C).



Fig. 3. Corydoras trilineatus scute l'anatomie. A) Micro tomodensitométrie montrant les scutes axiales en vue latérale,  B) Vue dorsale et C)  Vue ventrale. D)  Vue en coupe dorsale pour illustrer l'anatomie intacte du bouclier. Le cercle rouge est une vue rapprochée des boucliers individuels illustrant le corps interne (I) du poisson, externe (E) au poisson, et la structure conjonctive profonde (R).  E)  Vue rapprochée de la surface extérieure lisse (S) de l'écran et F)  de la surface de l'écran interne mettant en évidence une vue médiane de la bordure interne (écailles colorées).


Fig. 4. Anatomie du squelette et superposition .  A) C. trilineatus vivant montrant la couche épithéliale et un scanner de poissons illustrant les rangées dorsales et ventrales d'écailles ainsi que le motif de verrouillage (In) le long de la marge horizontale.  B) Vue rapprochée des écrans de surface et image claire et teintée des écrans montrant les motifs de minéralisation. La ligne en pointillés sur le scanner indique que les écrans ont été retirés pour obtenir des images claires et colorées. Un violet plus foncé indique des zones de minéralisation plus élevée. Le dessin (gris) illustre le chevauchement des échelles. Le bouclier antérieur de la paire est blanc, le bouclier postérieur est noir et la zone de chevauchement entre eux est grise.  C) Image radiographique et illustration montrant le chevauchement du bouclier d'environ 30% le long du bouclier rostral (antérieur) et de 10-15% le long du bouclier caudal (postérieur).

Effectuer un perçage de l'armure de C. trilineatus avec les écailles intactes sur le corps nécessiterait environ 50 à 100% d'énergie de plus pour se fracturer que de percer les écailles détachées du corps, confirmant que l'armure intacte est plus forte que les écailles.

La forme et la longueur des boucliers de Corydoras diffèrent grandement des autres écailles de poisson examinées plus fréquemment. Les boucliers de Corydoras trilineatus sont hautement minéralisés [/ i] (53%) par rapport aux autres poissons blindés (16-59%), un groupe qui comprend le piracuru (A. gigas) (couche interne = 39%, externe = 58%) [15, 58], dorade (Pagrus major) (pleine échelle moyenne: 46%) [13], bar rayé (M. saxatilis) (interne = 14%, externe = 50%) [26], et un siluriforme blindé amazonien plus grand (P. pardalis) (interne = 44%, externe = 50%) [58].

Le chevauchement correspond le plus étroitement au niveau de chevauchement observé chez les poissons dotés de couvertures de protection plus spécialisées, comme l'Alligator gar (A. paddlefish) (22-30%) [27] et le boxfish à cornes (Lactoria cornuta) (0%) [ 56] et les animaux terrestres tels que les pangolins chinois (M. pentadactyla) (29%) et les pangolins africains (M. tricuspis) (43%)

Cependant, la teneur en minéraux relativement élevée suggère que les flocons sont durs (résistants à la déformation plastique), mais aussi cassants (cassures avec peu de déformation plastique) similaires à d'autres matériaux biologiques hautement minéralisés (par exemple, minéralisation de l'émail = 97% de minéralisation; Dentine = 70%) [59]. Mais si les écailles succombent aux crevaisons, les écailles sont renforcées pour que la propagation des fissures ne compromette pas l'ensemble de la structure.

Les corydoras ne sont certainement pas nouveaux dans l'utilisation de renforts durs à souples. Zhu et coll. [26] ont montré que les écailles de poisson sont plus rigides que le substrat du tissu corporel, ce qui fait que les écailles «s'enfoncent» dans le tissu lorsqu'elles sont comprimées. Lors d'un acte de prédation, ce «naufrage des écailles» peut entraîner des blessures chez le poisson, mais évite probablement une blessure mortelle. Lors de notre examen microscopique post-test des boucliers, nous avons constaté qu'il était rare que des tests de perforation sur des boucliers intacts percent la totalité du bouclier.

Le bouclier est un matériau composite. Le durcissement de la hyaloïne en l'enrobant dans un matériau plus ductile (tissus conjonctifs, etc.) permet au bouclier de fonctionner comme une structure plus solide que l'un ou l'autre des matériaux ne fonctionnerait seul. Par conséquent, il n'est pas surprenant qu'ils soient renforcés par un effet d'amortissement à travers des fibres conjonctives à travers le bouclier et en conjonction avec les tissus mous sous-jacents.

L'armure biologique suit une composition similaire dans tous les taxons, et de petites variations d'armure lui permettent de fonctionner comme plus qu'une simple protection contre les prédateurs. Les structures de peau qui composent l'armure peuvent être multifonctionnelles, contribuant notamment à une plus grande efficacité de la locomotive en réduisant la traînée du poisson pour aider à compenser l'augmentation de masse et le coût de la nage causé par la présence de l'armure.

Les armures épaisses et volumineuses comme les carapaces de tortues offrent une protection contre les attaques, mais sont lourdes et limitent les mouvements et la flexibilité. Les armures plus légères, telles que les écailles de poisson près de la queue, permettent de larges plages de mouvement mais n'offrent pas autant de protection que des écailles plus fortes ailleurs sur le corps. Bien que C. trilineatus ne soit pas un nageur particulièrement rapide ou flexible, il semble être suffisamment flexible pour s'adapter aux petits espaces et échapper aux prédateurs.

Cette étude décrit la résistance à la perforation et la composition des écailles d'un petit siluriforme blindé, Corydoras trilineatus, et est l'une des rares études qui se concentre sur l'anatomie des écailles du genre Corydoras.

Les écailles blindées sont fortement minéralisées, mais le poisson conserve sa souplesse corporelle. Comme avec la plupart des armures de poisson, l'armure de C. trilineatus est difficile à percer et les poissons utilisent diverses astuces pour réduire le perçage, notamment: 1) des interfaces dures à molles qui augmentent la résistance au perçage tout en permettant une certaine mobilité flexible, 2) le chevauchement de l'échelle le long de la partie antérieure et échelle postérieure, 3) une structure de noyau minéralisée renforcée qui stabilise la partie médiane là où il n'y a pas de chevauchement, et 4) un matériau composite pour réduire la défaillance structurelle après un forage réussi.

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[i]Mieux qu'un Gilet Pare-balles ?
Oui !!!
Une armure de Corydoras !      

Merci pour le partage de l'article, ces petits corys n'ont pas fini de nous surprendre ! il faudra que je le lise au calme.
Par contre en parcourant en diagonale, certains passages semblent tout droit sortis d'un traducteur automatique
Par exemple "des balances spécialisées en collagène " . Mettre "balance" au lieu "d'écailles" ça nuit forcément un peu à la bonne compréhension (scale peut en effet se traduire de deux façons suivant le contexte)

N.Master a écrit:Merci pour le partage de l'article, ces petits corys n'ont pas fini de nous surprendre ! il faudra que je le lise au calme.
Par contre en parcourant en diagonale, certains passages semblent tout droit sortis d'un traducteur automatique
Par exemple "des balances spécialisées en collagène " . Mettre "balance" au lieu "d'écailles" ça nuit forcément un peu à la bonne compréhension (scale peut en effet se traduire de deux façons suivant le contexte)

C'est déjà pas mal qu'Horlack mette la traduction en français, il aurait pu nous "balancer" seulement l'article scientifique écrit en Anglais...

C'est pas pour critiquer le partage bien au contraire. C'est plutôt pour signaler un petit passage à corriger dont la tournure peut sembler "étrange" quand on la lit.

oui j'ai utilisé google translator.
J'avais la flemme de tout traduire :p

Hello
Oui on avait remarqué pour le google trad
Mais l'important c'est de comprendre.