Doux, fort et très très large

Parce que nous sommes osseux, nous avons tendance à rejeter le cartilage mou et spongieux comme une imitation inférieure. De nombreux poissons, notamment les requins et les raies, ont un squelette presque entièrement constitué de cartilage, et ils s’en sortent très bien. Ils démontrent un pedigree de succès remontant à des centaines de millions d’années, mais le préjugé humain regarde l’ancienneté, plutôt que le succès du cartilage, et le pense primitif, comparé à l’os.

La raie bouledogue (Aetobatus narimari). Image © NOAA.

Maintenant, Adam Summers, de l’Université de Californie à Berkeley, prend la parole pour défendre le cartilage dans le Journal of Morphology, en montrant comment les mâchoires cartilagineuses de certaines raies ont été modifiées pour devenir des casse-noix efficaces capables d’écraser les coquilles dures des palourdes.

Ces raies sont membres de la famille des Myliobatidae, qui comprend plusieurs espèces de casse-noix à mâchoires dures, dont la raie aigle tachetée (Aetobatus narimari) et la raie à nez de cochon (Rhinoptera bonasus), ainsi que quelques mangeurs de plancton comme la raie manta géante (Manta).

Avant de s’intéresser aux raies, Summers met fin à quelques vieux mythes sur la prétendue mollesse du cartilage. Parmi les poissons cartilagineux, dit-il, on trouve des animaux capables de nager à 60 kilomètres par heure et des géants pesant plus de 10 tonnes. Bien que le cartilage ne soit ni aussi solide ni aussi rigide que les os, il peut être performant dans des conditions physiquement exigeantes. « Mais comment, » demande Summers, « les mâchoires cartilagineuses peuvent-elles être utilisées pour écraser des proies plus dures que les mâchoires elles-mêmes ? »

La réponse réside dans un autre mythe sur le cartilage. En soi, le cartilage est à peu près aussi rigide et solide que le Turkish Delight (une confiserie à base de gélatine). Mais les poissons cartilagineux sont tous constitués d’une version plus rigide, quelque peu minéralisée, appelée cartilage « calcifié ». Chacun de leurs éléments squelettiques est composé d’une fine pellicule de cartilage fibreux entourant une croûte de cartilage « prismatique », faite de sections minéralisées en forme de tuiles ou « tesselles ». Cela englobe un noyau plus mou de cartilage dit « hyalin ».

Les mâchoires des raies écrasant les palourdes ne font pas exception. Et Summers montre comment les raies ont introduit certaines innovations de conception qui les aident à écraser les coquillages. Tout d’abord, les tesselles des cartilages de leurs mâchoires, qui soutiennent leurs dents écrasantes en forme de pavés, peuvent avoir plusieurs couches d’épaisseur. Cela est analogue à l’épaississement observé dans les os qui supportent de grandes charges.

Deuxièmement, les noyaux mous et cartilagineux des éléments de la mâchoire des raies sont renforcés par de fines entretoises minéralisées creuses, comme les entretoises de renfort dans une cellule d’avion, ou les entretoises à l’intérieur des os creux des oiseaux. Cette conception allie légèreté et résistance. Les raies naissent avec ces entretoises en place : il semble qu’elles ne les développent pas plus tard dans leur vie en réponse au stress. Summers en fait la démonstration avec le spécimen d’une raie bouclée (Rhinoptera bonasus) non encore née, portant un ensemble complet de contrefiches, alors que l’animal n’avait jamais pris une seule bouchée.

Même les mangeurs de plancton, comme la manta, ont des mâchoires renforcées par des contrefiches internes, ce qui suggère qu’ils ont évolué à partir d’un ancêtre broyeur de palourdes. Cependant, il se pourrait que les mâchoires d’un mètre de large de la manta aient besoin d’un petit renfort interne pour éviter qu’elles ne se déforment lorsque le poisson nage, bouche ouverte, dans l’eau.

Les mâchoires lâches de la raie du sud (Dasyatis sabina) — une raie, mais pas un myliobatide — permettent une grande liberté de mouvement. En revanche, les mâchoires liées par des ligaments des raies myliobatidés broyeuses de palourdes n’ont qu’une amplitude de mouvement très restreinte. Les mâchoires supérieure et inférieure sont, en fait, des barres horizontales qui ne peuvent se déplacer que sur une courte distance vers le haut et vers le bas. Elles ne peuvent pas se déplacer d’un côté à l’autre pour mâcher, ni tourner.

Mais ces mâchoires peuvent fonctionner de manière asymétrique. Lorsqu’une raie tient une palourde sur un côté de sa mâchoire, les muscles du côté opposé actionnent les mâchoires comme un levier de second ordre, utilisant le côté palourde de la mâchoire comme fulcum et délivrant un coup d’écrasement amplifié. Tout comme un casse-noix à l’ancienne.