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TPE Homme-araignée 2015

Comment pourrait-on adapter certaines capacités physiques de l'araignée à un homme?
by

Simon Bouchaudy

on 4 September 2017

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Transcript of TPE Homme-araignée 2015

Introduction
La toile d'araignée
La toile d'araignée pourrait-elle soutenir le poids d'un homme ?
Conclusion
Bibliographie
Comment les araignées marchent-elles au plafond ?
Un homme équipé de sétules
Méthode de la modification génétique
L'araignée, un animal hors du commun
Prédateur apparu il y a 400 millions d'années
L'Homme n'est vieux que de 6 à 7 millions d'années
Elles sont capables de produire une soie exceptionnelle et de bâtir des toiles aux structures extrêmement complexes
Elles sont capables de marcher sur des plans inclinés voire à l'envers
Ces capacités intéressent principalement les scientifiques et les industriels
gilets pare-balles, combinaisons spatiales, domaine médical, pièces automobiles, adhésifs...
Composition et propriétés
Dans le corps de l'araignée : soie liquide
différentes glandes séricigènes
solide, résistante, densité faible et élastique
Entremêlement de 2 peptides : un composant cristallin
et un amorphe
feuillets bêta
Soie d'araignée à différentes échelles
nécessaire à l'élasticité de la soie et assure la répartition de la tension tout le long du fil
rend la structure solide
Pourquoi l'araignée suspendue à un fil ne tourne pas sur elle-même?
une fibre centrale entourée d'une seconde en spirale qui permet d'éviter la rotation de l'araignée
La toile d'araignée a-t'elle des propriétés si exceptionnelles?
Propriétés comparables à celles des meilleurs fils de vers à soie
Trop courte : 20 à 30 cm au plus contre plus de 1000 m pour le fil de ver à soie
Doit être extraite très précautionneuse-ment
Élevage impossible puisque les araignées produisant les meilleurs fils sont cannibales
résistance mécanique comparable aux fils de vers à soie qui présentent cependant des inconvénients
(variabilité de forme et de propriétés, séricine...)
Le lancer de toile
Araignée Bolas
: capturer ses proies
Sécrétion d'un fil terminé par une partie collante puis libération d'une substance chimique (phéromones) proche de celle émise par les mites femelles

Sétules
: poils microscopiques situés à l'extrémité des pattes qui permettent aux araignées de tenir au mur ou au plafond grâce aux interactions de Van der Waals
Illustration des interactions de Van der Waals
Les araignées peuvent soutenir jusqu'à 173 fois leur poids grâce à ces très nombreux sétules qui permettent une très forte adhésion, cependant celle-ci, due aux interactions de Van der Waals, n'est possible qu'à très faible distance (environ un nanomètre) d'où l'utilité de ces micro-poils.
Identifier le ou les gènes responsables
Isoler l'ADN
Couper l'ADN
Isoler le gène dans le mélange de fragments
Intégrer le gène d'intérêt dans une construction
Amplifier le gène
Clonage
La microinjection
Un exemple de transgénèse animale
prélever l'ADN codant pour la protéine recherchée, puis grâce à une enzyme on trouve la séquence de nucléotides
rompre les membranes de la cellule et du noyau (détergent) puis formation d'un précipité, on peut ensuite recueillir les filaments blanchâtres
utilisation d'enzymes de restriction pour couper à des points spécifiques
technique du Southern Blot : séparer les fragments par électrophorèse en gels d'agarose puis dénaturer l'ADN, hybridation avec une sonde radioactive et prélèvement après autoradiographie
intégration du gène d'intérêt dans une construction génétique associant un gène marqueur permettant de sélectionner les cellules qui intégrent le gène
PCR
insertion dans un vecteur puis récupération de l'ADN inséré après divisions cellulaires
dénaturation par la chaleur de la double hélice d'ADN,
on abaisse la température afin de permettre l'association puis duplication des brins (polymérisation)
La masse moyenne d'un homme est de 77kg.
La vitesse d'une chute libre (sans frottements) est
définie par l'équation :
√((2 x g x h) ) , où h = hauteur de chute.
On estime qu'un immeuble de 10 étages a une hauteur de 30m.
V = 24m/s
Un fil d'araignée d'un mètre de long pourrait-il soutenir le poids d'un homme?
La
résistance d'une toile d'araignée
est de
1300 N/mm²
et elle
peut s'étirer de 40 % de sa taille
.
F = ((1/2) x m x V²)/d , où F = force exercée chutant d’une hauteur d'égale à 30m.
d = 1 x 40/100 = 0,40 m
F = 55440 N
Section du fil = 55440/1300 = 43 mm² = 0,43 cm²
π x r² = 0,43
r = √((0,43/ π)) = 0,37 cm
Avec un fil d'araignée d'une longueur de 1m et de rayon de 0,37 cm, on pourrait soutenir un homme de 77 kg en chute libre d'une hauteur de 30m.


Modifications génétiques possibles
Mais
quel serait le résultat d'une telle transgénèse ?
L'Homme pourrait-il supporter de telles capacités ?

Très compliqué d'un point de vue génétique
IMPOSSIBLE
Idées : Gants équipés de sétules, production de soie par des machines perfectionnées...
Injection à l'aide d'une micropipette d'une solution contenant de l'ADN dans un oeuf fécondé
Noyau (mâle)
Transplantation dans l'utérus d'une femelle
Il y a environ
78 000 sétules par patte
d'araignée.
Une araignée possède
8 pattes
.
8 x 78 000 = 624 000
Une araignée possède donc environ
624 000 sétules.
Un
sétule exerce une force attractive
d'environ
41 nN.
41 x 624 000 = 25,6 mN
L’ensemble des sétules d'
une araignée peut supporter un poids de 25,6 mN.
La
masse d'une araignée
sauteuse est d'environ
15 mg.
P = m x g = 15 x 10^-6 x 9,81 = 147 μN
Le
poids d'une araignée
est de
147 micro Newton.
F/P = 25,6 x 10³ / 147 = 173
L’
ensemble des sétules
d'une araignée sauteuse lui permet de
supporter 173 fois son poids.
1,5 x 10^-5 x 173 = 2,6 x 10^-3 kg
L
'ensemble des sétules de l'araignée
sauteuse pourrait permettre de
supporter

2,6 g.
Le poids moyen d'un homme en 2013 est de 77kg.
(77/2,6 x 10^-3) x 624 000 = 29615 x 624 000 =
1,85 x 10^10

Nombre de sétules qui permettrait de soutenir un homme
Le
diamètre d'un sétule
est de l'ordre de
10^-7 m
A= π x R²= π x (10^-7)² = π x 10^-14 = 3,14 x 10^-14 m² =
3,14 x 10^-10 cm² Aire occupée par sétule
1,85 x 10^10 x 3,14 x 10^-10 =
5,8 cm²
Calcul de l'
aire totale occupée par les sétules permettant de soutenir le corps humain
On a estimé que la
paume de notre main
avait un
rayon moyen de 4,5 cm.
A= π x R² = π x 4,5² = 63 cm² Surface de notre paume de main
(100 x 5,8)/63 =
9% de la surface totale de notre paume de main pourrait permettre de soutenir notre propre poids.
Articles
« Les araignées ». In La science au présent, Encyclopaedia Universalis, 2013. p166-178
« Arachnides ». In Les essentiels d’Universalis, volume 3, Encyclopedia Universalis. 2009. P 155-172
MORIN, Lucile. « La soie d’araignée, matériau du futur pour la médecine et les textiles ». In Le Temps. Le 01 octobre 2014.

Sites internet
COLOMBAN, Philippe, Centre National de Recherche Scientifique “La fibre d’araignée est-elle si exceptionnelle ?“ “. Mis en ligne le 20/12/2011. Disponible sur : http://www.cnrs.fr/inc/communication/direct_labos/colomban4.htm
OFFICE POUR LES INSECTES ET LEUR ENVIRONNEMENT. “Questions/Réponses : Comment les araignées fabriquent-elles leurs toiles ?“ Disponible sur : http://www.insectes.org/insectes/questions-reponses.html?id_quest=100
PELTIER, Claire. FUTURA SCIENCE, “Les secrets de la résistance de la soie d’araignée enfin révélés“. Mis en ligne le 03/03/2011. Disponible sur : http://www.futura-sciences.com/magazines/nature/infos/actu/d/zoologie-secrets-resistance-soie-araignee-enfin-reveles-28466/
SARFATI, Jonathan. CREATION-MAGAZINE. “Spectacular Spider Stickiness“. Disponible sur : http://creation.com/spectacular-spider-stickiness
THIERY Alain et BRETON Cécile. SOCIETE FRANÇAISE D’ECOLOGIE. “Liaisons faibles et adhésion forte – Le secret du gecko“. Mis en ligne le 30/12/2013. Disponible sur : http://www.sfecologie.org/regards/2013/12/30/r52-alain-thiery-et-cecile-breton/
WIKIPEDIA. “Araneae“. Dernière modification le : 04/01/2015. Disponible sur : http://fr.wikipedia.org/wiki/Araneae
BIO-FRI. “Extraction d’ADN“. Dernière modification le 19/12/2004. Disponible sur : http://www.biofri.ch/ADN/protocole+liste.pdf

Films documentaires
AMOUROUX, Vincent. Le règne de l’araignée, (France/Canada, 2012, 43 mn). Coproduction : ARTE France, ZED, PRODUCTION NOVA MEDIA, USHUAÏA TV, NATIONAL GEOGRAPHIC US, HIGH FIDELITY, TV 5 CANADA.
CHAUVEAU, Jean-Michel. C’EST PAS SORCIER, Les Araignées (magazine TV, 30 mn). Emission proposée par COURANT Frédéric, GONNER Bernard et GOURMAUD Jamy. Coproduction : RIFF INTERNATIONAL PRODUCTION et FRANCE 3.

Remerciements à nos professeurs encadrant Mme Longuet et M Ly
Bouchaudy Simon
Duport Hugo
Puissant Charles
TPE 2015
Lycée Blaise Pascal
lorsqu'un mâle s'approche, l'araignée fait tournoyer son fil tel un lasso et le lâche sur l'insecte.
Full transcript