Avec le désir de fumer?

2001/10/01 Imaz Amiano, Eneko - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Zoologia

Fumée fine, jet de résine de pin et étincelle improvisée; en détectant toute trace de feu, tous les animaux de la forêt s'échappent dès que possible. Cependant, si vous regardez, nous pouvons voir des animaux qui circulent dans le sens inverse. Le feu est une force d'attraction insupportable pour les scarabées Melanophila qui s'approchent de loin. Les femelles arrivent groupées à copuler dans la ‘douceur’ du feu et, à mesure que le feu se calme, elles pondent les œufs sous la surface d’arbres calcinés.

La capacité de localiser un incendie distant pour les coléoptères fait partie de leur stratégie de survie. Les arbres sains sont entassés de défenses contre les larves de scarabée phytophages et il est difficile de vivre par le cou des pins sains. Ainsi, les insectes qui se nourrissent du bois, en général, préfèrent les arbres malades ou qui souffrent, avec leurs défenses réduites. Et, en option, les arbres nouvellement morts sont très appropriés. On a également dit qu'ils sont capables de parcourir 80 kilomètres pour arriver au feu. Mais comment le feu peut-il détecter un insecte d'aussi loin que quelques centimètres ?

Depuis plus d'un siècle, les biologistes n'ont pas pu répondre à cette question. Ces dernières années, cependant, les chercheurs allemands pourraient connaître le secret du scarabée. Ces détecteurs, sans égal dans la nature, commencent à prêter attention même dans un endroit apparemment inattendu: Dans l'armée de l'air américaine (chercher des voies pour trouver de meilleures pistes de chaleur).

Il était évident que ces insectes étaient très sensibles à un signal émis par les arbres qui brûlait. Selon les chercheurs, les scarabées recueillent les premiers signes du feu à partir de petits restes chimiques trouvés dans l'odeur dispersée de fumée produite par le bois. Mais pour localiser l'incendie, deux détecteurs infrarouges très sensibles sont utilisés pour capter le rayonnement émis par les incendies de forêt.

Les feux de forêt produisent des brouillards de fumée et les pins sont particulièrement bruyants lorsqu'ils sont brûlés, car leur résine est extrêmement inflammable. Cependant, les expériences suggèrent que les scarabées ne volaient pas vers l'origine de la fumée, ni ne semblaient répondre au bruit de l'incendie ou à la lumière visible.

Mais les incendies, en plus de la lumière visible, produisent de la lumière infrarouge, et il semble que le rayonnement infrarouge est une excellente instruction. La majeure partie de l'infrarouge produit par la chaleur du feu du bois est de longueur d'onde entre 2 et 4 micromètres et, en outre, se propage bien à travers l'atmosphère (longueurs d'onde plus courtes ou plus longues absorbent les vapeurs d'eau de l'air).

Les scarabées du genre Melanophila ont des organes spéciaux pour la détection à distance du feu.

ADAPTÉ DU NEW SCIENTIST

Les chercheurs ont également trouvé des organes supplémentaires appelés «organes perforés» dans les «aisselles» centrales des scarabées. Étant donné que les scarabées volent en relevant les pattes centrales, ces organes sont très disposés à recevoir des signaux infrarouges.

Dans les années 1960, l'entomologiste canadien William Evans a observé que les coléoptères agitaient une antenne s'ils dirigeaient le rayon infrarouge vers l'orgue perforé. Je ne passais rien à diriger la foudre à tout autre endroit du corps. Il a également noté que la réaction la plus violente était provoquée par une onde de lumière infrarouge de 3 micromètres de longueur et a conclu que les organes perforés étaient un type de détecteurs infrarouges.

Pendant trente ans, cependant, la théorie a été acceptée mais non prouvée. Enfin, Schmitz et son compagnon Horst Bleckmann ont décidé d'enquêter sur les potentialités de Melanophila acuminata, une sorte de cacao. Pour cela, après un incendie de forêt dans le nord de Berlin, ils ont ramassé le bois calciné plein de larves et ont attendu que les mâles deviennent des scarabées. Ils ont été nourris au laboratoire et préparés pour le test de la recherche de feu.

Résultat ? Les lignes ou trous de M. acuminata sont remplis de dizaines de capteurs infrarouges fins mais à haut rendement (voir image ci-dessus). Chaque capteur est capable de saisir les longueurs d'onde des infrarouges émises par les flammes des feux de forêt. Cependant, les organes perforés de Melanophila semblent agir d'une certaine manière mécanique.

Structure

Chaque orgue perforé est rempli de 70 petits et arrondis. Ces capteurs, ou sensibles, se trouvent au fond de la ligne et se distinguent par leur mince revêtement en cuticule souple. Chaque sensible est une sphère accrochée de l'accord court à la cuticule (voir diagramme), réalisée avec une endocuticule plus souple et flexible. Placé dans une petite fente au bas de la sphère, on trouve le mutilé de la cellule cellulaire des nerfs sensoriels sensibles.

Après les incendies, les arbres sont généralement affaiblis, donc bien qu'ils soient moins défensifs.

En laboratoire, placer les sensils individuels en radiations infrarouges de la même longueur d'onde que les feux de forêt et les mettre à un rayonnement infrarouge de 24 milliwatts par centimètre carré par 2 millisecondes (environ deux fois plus que votre main) suffit pour tirer la succession des signaux à partir de la cellule nerveuse qui est à la base de la sphère. Mais le rayonnement de 5 mili watts (l'intensité la plus basse que l'on pouvait obtenir avec ses appareils) provoquait aussi une réponse brève.

mécanisme de mécanisme

Mais comment les organes perforés obtiennent une telle sensibilité? Les groupes de recherche ont vu que les sentsilis répondent également au toucher. Selon lui, le capteur est «photomécanique», donc jamais vu auparavant dans la nature. D'une certaine façon, le rayonnement qui arrive devient une force mécanique capable de générer une certaine pression dans la cellule nerveuse inférieure et de pouvoir tirer l'impulsion.

Avec l'aide des physiciens, ils créent une théorie qui explique son fonctionnement. La clé est dans la sphère. La sphère est une boule assez grande de 15 micromètres de diamètre, positionnée de manière optimale pour absorber le rayonnement infrarouge. La plupart des liaisons chimiques des molécules organiques absorbent la lumière infrarouge, mais l'endocuticule présente de nombreux liaisons qui absorbent la lumière de longueur d'onde de 3 micromètres (la plus grande longueur d'onde émise dans les feux de forêt).

Les infrarouges de cette longueur d'onde vibrent plus fortement les liens et cette énergie devient rapidement chaleur. Pour le calcul approximatif on a réalisé une sphère de la même dureté que l'endocuticule des sphères des insectes, par caoutchouc ou résine, qui a été placée dans un infrarouge de 5 milliwatts. La température de la sphère artificielle augmente d'environ 0,01 °C. Ce petit changement serait suffisant pour étendre la sphère et pousser l'extrémité de la cellule nerveuse vers le bas et, par conséquent, déformer le nanomètre de la membrane externe de la cellule.

Distance

Même si les incendies sont spectaculaires, Melanophila ne se sert pas de la vue pour les trouver.

Avec un calcul rapide, les coléoptères devraient détecter 10 hectares d'incendie à une distance de 12 kilomètres. Mais ce serait presque sûr de mépriser la capacité des scarabées. Si les instruments des chercheurs avaient la capacité de générer des infrarouges moins intenses, on pense qu'avec 500 microwatts, ils pourraient également commencer l'impulsion nerveuse. Il est possible que les nombreux coléoptères sensibles contribuent à surmonter le bruit ambiant et peuvent même recevoir des infrarouges plus faibles. Et c'est peut-être suffisant pour expliquer les voyages observés de 80 kilomètres ou plus.

Donc, ce que les scarabées doivent faire n'est qu'attendre le ‘signal de départ’ infrarouge et commencer une course pour trouver un compagnon de copulation autour du feu? Non ! Les scarabées qui habitent entre les feuilles des arbres ont du mal à sentir la chaleur de tout infrarouge dans leurs organes perforés, de sorte que le signal serait perdu, tant entre les collines, les branches et les branches, comme entre les pattes du scarabée lui-même. La seule possibilité de détecter le rayonnement infrarouge dans les flammes est de voler au-dessus des arbres, lever les pattes centrales et commencer à chercher. C'est pourquoi les scarabées ont également besoin de détecteurs de fumée. Il estime que pour le lancer besoin d'un abrasif et que le déclencheur serait une empreinte odeur de pin grillé.

Les chercheurs ont découvert que M. acuminata, apparemment dans l'antenne, a des récepteurs sensibles aux odeurs, bien qu'on ne sache toujours pas où il les a exactement. Les détecteurs de fumées sont sensibles à de nombreux composants volatils chimiques produits dans les incendies de forêt, mais leur plus grande sensibilité est celle du guayakol (2-méthoxiphénol) et deux molécules très similaires. Les trois sont produites lors de la combustion de la lignine, l'un des principaux composants du bois.

Les scarabées peuvent sentir des concentrations très faibles de composants chimiques, ainsi que de petites parties du milliard, les meilleurs détecteurs utilisés dans le laboratoire mais plus sensibles. C'est probablement la raison pour laquelle les arbres incendiés sont capturés si loin. Les détecteurs permettent aux coléoptères de choisir les incendies de pin en fonction de certains composants chimiques. Les études montrent une plus grande sensibilité aux composants chimiques du pin que ceux du chêne.

Une fois arrivés à la partie forestière brûlée, ils doivent choisir l'arbre approprié.

Avec de bons récepteurs aromatiques, il ne semble pas nécessaire de disposer de deux détecteurs infrarouges. Mais la fumée se déplace, créant du brouillard ou calmante entre les plantes. Si les scarabées suivaient simplement l'odeur du feu, ils feraient des parcours longs et confus. Les émissions d'incendie infrarouge sont des signaux de circulation plus fiables, car le signal est continu et plus fort que nous approchons du feu, indépendamment du temps.

Après avoir grimpé dans les arbres, les scarabées semblent effectuer les vols suivants pour fixer la direction des infrarouges. La prochaine tâche est de maintenir un bon parcours. Pour comparer l'information à cet objectif, les chercheurs croient que les scarabées utilisent les organes perforés de droite et de gauche, de même que les sauterelles placent le bruit avec les organes auditifs de leurs jambes.

Les signes de fumée reprennent de l'importance à mesure que les scarabées approchent du feu. En fait, il peut être déterminant de savoir si un certain pin est le bon endroit pour pondre les oeufs.

Alarme incendie

Les deux détecteurs de scarabée sont plus sensibles que ce que les chercheurs ont pu mesurer techniquement. C'est pourquoi personne ne sait exactement à quel point ils sont précis. Les organes perforés ne sont pas aussi sensibles que les meilleurs dispositifs artificiels, mais ils doivent se refroidir dans de l'azote liquide, ils sont chers et souvent mal.

Melanophila aiment les forêts brûlées, mais n'entrent pas dans les flammes.

Dans tous les cas, les organes perforés sont au moins aussi bons que les détecteurs conventionnels sans besoin de refroidissement, comme les lunettes de vision nocturne des corps policiers ou ceux utilisés par les pompiers pour trouver des restes de chaleur dans les bâtiments brûlés.

La plupart de ces capteurs sont basés sur des matériaux inorganiques artificiels comme l'antimoine des Indiens ou l'arseniure de gallium pour absorber les radiations infrarouges. Il y a un grand intérêt à savoir comment les scarabées acquièrent la même sensibilité en utilisant des composants organiques. Sachant cela, de nouvelles voies seraient ouvertes dans la détection infrarouge.

Melanophila, en plus du monoxyde de carbone ou d'hydrogène, pourrait contribuer au développement de détecteurs de feu qui dégagent des restes de molécules complexes de fumée. Pour le moment, les détecteurs disponibles sur le marché ne peuvent pas le faire, mais à l'avenir, les chercheurs croient que nous devrions être en mesure de produire des dispositifs bon marché qui correspondent aux caractéristiques spécifiques du type de feu qui est destiné à détecter, soit un incendie de forêt ou un incendie dans un entrepôt.