La valve de Nikola Tesla fonctionne comme l’intestin spiralé des requins

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| Oceania

Bien qu’ils soient étudiés depuis de nombreuses décennies par les biologistes, de nombreux aspects des requins restent encore peu ou pas du tout connus. C’est notamment le cas de leur alimentation et de leur système digestif, ainsi que le rôle qu’opèrent ceux-ci sur l’environnement des requins. Mais avec l’essor de technologies d’imagerie plus perfectionnées, les chercheurs ont maintenant les outils pour en apprendre plus. Et récemment, une équipe de biologistes a découvert, en effectuant des scans 3D de plusieurs espèces de requins, que leurs intestins ont une forme spiralée et un fonctionnement similaire à celui de la valve unidirectionnelle développée par Nikola Tesla il y a plus d’un siècle.

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, nous ne savons pas grand-chose sur ce que mangent les requins. On en sait encore moins sur la façon dont ils digèrent leur nourriture et sur le rôle qu’ils jouent dans l’écosystème océanique au sens large. Pendant plus d’un siècle, les chercheurs se sont appuyés sur des croquis à plat du système digestif des requins pour discerner comment ils fonctionnent et comment ce qu’ils mangent et excrètent a un impact sur les autres espèces de l’océan.

Les chercheurs ont récemment produit une série de scans 3D haute résolution des intestins de près de trois douzaines d’espèces de requins qui permettront de mieux comprendre comment les requins mangent et digèrent leur nourriture. « Il est grand temps qu’une technologie moderne soit utilisée pour examiner ces intestins en spirale vraiment incroyables des requins », déclare l’auteure principale Samantha Leigh, professeure à la California State University.

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La tomodensitométrie haute résolution pour étudier l’intestin des requins

« Nous avons développé une nouvelle méthode pour numériser ces tissus et pouvons désormais examiner les tissus mous de manière aussi détaillée sans avoir à les découper ». Les chercheurs ont principalement utilisé un tomodensitomètre informatisé (CT) aux laboratoires Friday Harbor de l’UW pour créer des images 3D d’intestins de requins, provenant de spécimens conservés au Natural History Museum de Los Angeles.

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Scan 3D haute résolution d’un intestin d’aiguillat commun (Squalus suckleyi). L’entrée de l’intestin est à gauche, et la sortie à droite. © Samantha Leigh/CSU

La machine fonctionne comme un tomodensitomètre standard utilisé dans les hôpitaux : une série d’images radiographiques est prise sous différents angles, puis combinée à l’aide d’un traitement informatique pour créer des images en trois dimensions. Cela permet aux chercheurs de voir les complexités d’un intestin de requin sans avoir à le disséquer.

« La tomodensitométrie est l’un des seuls moyens de comprendre la forme des intestins des requins en trois dimensions. Les intestins sont si complexes, avec tant de couches qui se chevauchent, que la dissection détruit le contexte et la connectivité du tissu », explique Adam Summers, professeur à l’UW Friday Harbor Labs, qui a dirigé un effort mondial pour numériser les squelettes de poissons et d’autres animaux vertébrés.

Un intestin fonctionnant comme la valve de Tesla

À partir de leurs analyses, les chercheurs ont découvert plusieurs nouveaux aspects sur le fonctionnement des intestins des requins. Il semble que ces organes en forme de spirale ralentissent le mouvement des aliments et les dirigent vers le bas dans l’intestin, en s’appuyant sur la gravité en plus du péristaltisme (la contraction rythmique du muscle lisse de l’intestin). Sa fonction ressemble à la valve unidirectionnelle conçue par Nikola Tesla il y a plus d’un siècle, qui permet au fluide de s’écouler dans une direction, sans refoulement ni assistance d’aucune pièce mobile.

fonctionnement valve intestin requin
Une vanne Tesla, illustrée dans le schéma du haut, produit un flux unidirectionnel sans refoulement ni utilisation de pièces mécaniques. L’intestin en spirale d’un requin semble avoir une structure similaire. © Samantha Leigh/CSU

Cette découverte pourrait jeter un nouvel éclairage sur la façon dont les requins mangent et traitent leur nourriture. La plupart des requins passent généralement des jours voire des semaines sans manger entre des repas copieux, ils comptent donc sur leur capacité à retenir la nourriture dans leur système et à absorber autant de nutriments que possible. Le mouvement ralenti de la nourriture dans leur intestin causé par la forme en spirale leur permet probablement de conserver leur nourriture plus longtemps, et ils utilisent également moins d’énergie pour transformer cette dernière.

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Mieux comprendre le système digestif des requins et son impact sur les écosystèmes

Parce que les requins sont les principaux prédateurs de l’océan et qu’ils consomment également beaucoup de choses différentes — invertébrés, poissons, mammifères et même des algues, ils contrôlent naturellement la biodiversité de nombreuses espèces. Savoir comment les requins traitent ce qu’ils mangent et comment ils excrètent les déchets est important pour comprendre l’écosystème dans son ensemble.

scan visualisation intestin requin
Image tomodensitométrique d’un intestin en spirale d’aiguillat, montré du haut vers le bas. © Samantha Leigh/CSU

« La grande majorité des espèces de requins, et la majorité de leur physiologie, sont complètement inconnues. Chaque observation d’histoire naturelle, visualisation interne et enquête anatomique nous montre des choses que nous n’aurions pas pu deviner. Nous devons regarder plus attentivement les requins et, en particulier, nous devons observer plus attentivement les parties autres que les mâchoires et les espèces qui n’interagissent pas avec les humains », indiquent les chercheurs.

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Les auteurs de l’étude prévoient d’utiliser une imprimante 3D pour créer des modèles de plusieurs intestins de requins différents afin de tester la façon dont les matériaux se déplacent à travers les structures en temps réel. Ils espèrent également collaborer avec des ingénieurs pour utiliser les intestins de requin comme source d’inspiration pour des applications industrielles telles que le traitement des eaux usées ou le filtrage des microplastiques.

Visualisation 3D de l’intestin spiralé d’un aiguillat :

Sources : Proceedings of the Royal Society B

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