Comment le caméléon capture-t-il ses proies?

Les caméléons attrapent des insectes et de petits animaux en projetant  sur ceux-ci leur langue. En  la rétractant, ils ramènent la proie dans leur bouche. Ceci n’est possible que grâce à l’énorme viscosité de leur salive, comme viennent de le démontrer des chercheurs de l’Université de Mons, Belgique et du Muséum national d’Histoire naturelle de Paris, France.

Pour chasser les insectes qui constituent leur principale nourriture, les caméléons sont munis d’une langue protractile projetée sur la proie puis rétractée. On voit sur la figure suivante la phase de projection : l’accélération de la langue peut atteindre de 300 à 1500 m/s2, sa vitesse 20 km/h et son élongation avoir la taille de l’animal.

Fig. 1 Photographie d'un caméléon projetant sa langue sur un papillon. Crédit Lizard Types.

Fig. 1. Photographie d’un caméléon projetant sa langue sur
une sauterelle. Crédit Lizard Types.

 

La dynamique de la capture

On a analysé depuis longtemps la dynamique de ce mouvement à forte accélération. La figure ci-dessous représente les différentes positions (Fig.2. a) de la langue du caméléon et son accélération (Fig.2. b) durant la prise d’une proie.

Fig.2. Dynamique de la langue préhensile du caméléon. -La courbe a représente la position du bout de la langue du caméléon par rapport à sa bouche. Les points expérimentaux (ronds blancs) ont été obtenus à l'aide d'une caméra ultra rapide (1000 vues/s). La courbe théorique en bleu est calculée d'après le modèle proposé par les chercheurs Les origines du temps et de la position sont celles où la langue touche la proie. -La courbe b est l'accélération a correspondante. Durant la phase de projection, on distingue 3 périodes, P1 où la forte accélération décroit jusqu'à 0, P2 la vitesse est alors constante, puis, P3 , où l'on a une décélération, la langue touche la proie et s'arrête. Dans la phase de rétraction, la langue repart en sens inverse, durant la période R1, son accélération a décroît jusqu'à 0, la période R2 se déroule alors à vitesse quasi constante. Adapté de " Dynamics of prey prehension by chameleons through viscous adhesion. Fabian Brau, Déborah Lanterbecq, Leïla-Nastasia Zghikh, Vincent Bels and Pascal Damman NATURE PHYSICS Advance on line publication, 20 june 2016". Avec autorisation.

Fig.2. Dynamique de la langue préhensile du caméléon.
a) La courbe représente la position du bout de la langue du caméléon par rapport à sa bouche. Les points expérimentaux (ronds blancs) ont été obtenus à l’aide d’une caméra ultra rapide (1000 vues/s). La courbe théorique en bleu est calculée d’après le modèle proposé par les chercheurs
Les origines du temps et de la position sont celles où la langue touche la proie.
b) Graphe du module de l’accélération a correspondante.
Durant la phase de projection, on distingue 3 périodes :  P1 où la forte accélération
décroit jusqu’à 0, P2 où la vitesse est constante, puis P3 où l’on a une décélération, la langue touche la proie et s’arrête. Dans la phase de rétraction, la langue repart en sens inverse, durant la période R1, son accélération a décroît jusqu’à 0, la période R2 se déroule alors à vitesse quasi constante.
Adapté de ” Dynamics of prey prehension by chameleons
through viscous adhesion. Fabian Brau, Déborah Lanterbecq, Leïla-Nastasia Zghikh, Vincent Bels and Pascal Damman
NATURE PHYSICS Advance on line publication, 20 june 2016″. Avec autorisation.

 

La phase de rétraction se décrit fort bien en modélisant la langue par un ressort qui n’agit que pendant la période R1 (Fig.2.) suivie d’une période R2 à vitesse constante

Quand la langue se rétracte, elle entraîne la proie attachée par la salive.

La vidéo suivante montre au ralenti la capture d’un insecte par un caméléon  :

Reproduit de ” Dynamics of prey prehension by chameleonsthrough viscous adhesion.  Fabian Brau, Déborah Lanterbecq,  Leïla-Nastasia Zghikh, Vincent Bels and Pascal Damman. NATURE PHYSICS , Advance on line publication, 20 june 2016″. Avec autorisation.

 

Le dessin suivant schématise le début de la phase de rétraction :

 

Adapté de " Dynamics of prey prehension by chameleons through viscous adhesion. Fabian Brau, Déborah Lanterbecq, Leïla-Nastasia Zghikh, Vincent Bels and Pascal Damman NATURE PHYSICS | ADVANCE ONLINE PUBLICATION, 20 june 2016". Avec autorisation.

Adapté de ” Dynamics of prey prehension by chameleons
through viscous adhesion. Fabian Brau, Déborah Lanterbecq, Leïla-Nastasia Zghikh, Vincent Bels and Pascal Damman. NATURE PHYSICS Advance on line publication, 20 june 2016″. Avec autorisation.

La mesure de la viscosité de la salive

Pour mesurer celle-ci à  partir des faibles quantités de salive que les glandes de la langue produisent, les scientifiques ont utilisé la force exercée par ce mucus sur de petites billes d’acier descendant un plan incliné. C’est ce que montre la figure suivante :

Fig.3. Bille sphérique roulant sur un plan incliné dont une partie est recouverte par le mucus salivaire de caméléon. On a d'abord un régime uniformément accéléré assimilable à une chute libre. Il est suivi d'un régime à vitesse constante dès que la bille est en contact avec le fluide visqueux. Reproduit de " Dynamics of prey prehension by chameleons through viscous adhesion. Fabian Brau, Déborah Lanterbecq, Leïla-Nastasia Zghikh, Vincent Bels and Pascal Damman NATURE PHYSICS , Advance on line publication, 20 june 2016"; Avec autorisation.

Fig.3. Bille sphérique roulant sur un plan incliné dont une partie est recouverte par le mucus salivaire de caméléon.
On a d’abord un régime uniformément accéléré assimilable à la chute libre d’une bille dans un champ de gravité tenant compte de la géométrie sphérique  et de l’angle du plan incliné . Il est suivi d’un régime à vitesse constante dès que la bille est en contact avec le fluide visqueux.
Reproduit de ” Dynamics of prey prehension by chameleons
through viscous adhesion. Fabian Brau, Déborah Lanterbecq, Leïla-Nastasia Zghikh, Vincent Bels and Pascal Damman.  NATURE PHYSICS , Advance on line publication, 20 june 2016″; Avec autorisation.

Le mouvement est enregistré avec une caméra rapide à 250 im/s. A partir des paramètres du régime à vitesse constante, on peut atteindre la viscosité du mucus de la couche. La viscosité η obtenue est de 0,4 ±Pa.s, soit une valeur 50 fois plus élevée que celle de l’homme.

La viscosité d’un fluide est la mesure de sa résistance à la déformation par une contrainte. Dans un écoulement fluide, la viscosité dynamique η est égale au quotient de la force tangentielle par unité de surface par la variation de vitesse du fluide perpendiculairement à l’écoulement. Son unité de mesure est le pascal-seconde (Pa.s).

 

Les conclusions de l’étude

La phase de rétraction de la langue du caméléon est complètement expliquée en utilisant des équations du mouvement tenant compte de  la viscosité et de l’épaisseur du film. L’adhésion visqueuse suffit à expliquer la capture de très grosses proies. A partir de ce modèle, les chercheurs ont en effet pu estimer la masse maximum capturable et  ils ont trouvé qu’elle correspondait à celle des lézards et petits mammifères qu’on retrouve parfois dans l’estomac des caméléons.  Ce mécanisme est apparemment surdimensionné pour les proies habituelles des caméléons.

Le fait que le bout de la langue du caméléon soit élargi et forme une sorte de coupelle durant la capture augmente la surface de contact  avec la proie, facilitant le mécanisme d’adhésion.

Jusqu’ici, les biologistes pensaient que le caméléon exerçait une succion au bout de sa langue ou qu’il y avait une forte interaction (du type  Velcro) entre les rugosités du bout de la langue et la peau de la proie. Le modèle de Damman, Brau et al.  montre qu’il n’en est rien et que seule la viscosité de la salive explique le phénomène observé. Les salamandres projettent aussi leur langue  pour capturer leur  proie, il serait intéressant de pratiquer sur cette espèce  la même étude et de comparer la taille maximum de proie prédite à la taille observée.

 

 

Pour en savoir plus :

Dynamics of prey prehension by chameleons

through viscous adhesion.  Fabian Brau, Déborah Lanterbecq,  Leïla-Nastasia Zghikh, Vincent Bels and Pascal Damman

NATURE PHYSICS Advance on line publication, 20 june 2016.

 

 

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