Image tomodensitométrique de l'intestin en spirale d'un requin-aiguillat commun du Pacifique (Squalus suckleyi). Le début de l'intestin est à gauche et la fin est à droite. Crédit : Samantha Leigh/California State University Dominguez Hills
Contrairement à ce que les médias populaires décrivent, 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. Aujourd'hui, les chercheurs ont 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.
Trois requins aiguillats lisses (Mustelus canis). Crédit : Elizabeth Roberts/Wikimedia Commons
"Il est grand temps qu'une technologie moderne soit utilisée pour examiner ces intestins en spirale vraiment incroyables de requins", a déclaré l'auteur principal Samantha Leigh, professeure adjointe à l'Université d'État de Californie Dominguez Hills. « Nous avons développé une nouvelle méthode pour numériser numériquement ces tissus et pouvons désormais examiner les tissus mous avec autant de détails sans avoir à les trancher. »
L'équipe de recherche de l'Université d'État de Californie Dominguez Hills, de l'Université de Washington et de l'Université de Californie à Irvine, a publié ses conclusions le 21 juillet dans la revue Actes de la Royal Society B.
Image tomodensitométrique d'un intestin en spirale de requin aiguillat, montré du haut vers le bas. Crédit : Samantha Leigh/California State University Dominguez Hills
Les chercheurs ont principalement utilisé un scanner de tomographie par ordinateur (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. 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 ou à le déranger.
Requin d'aiguillat commun du Pacifique vivant (Squalus suckleyi). Crédit : Samantha Leigh/California State University Dominguez Hills
"La tomodensitométrie est l'un des seuls moyens de comprendre la forme des intestins des requins en trois dimensions", a déclaré le co-auteur Adam Summers, professeur basé à UW Friday Harbor Labs qui a dirigé un effort mondial pour scanner les squelettes de poissons et autres. animaux vertébrés. "Les intestins sont si complexes - avec tant de couches qui se chevauchent, que la dissection détruit le contexte et la connectivité du tissu. Ce serait comme essayer de comprendre ce qui a été rapporté dans un journal en prenant des ciseaux pour une copie enroulée. L'histoire ne tient pas debout.
Image tomodensitométrique d'un intestin en spirale d'un requin aiguillat (Mustelus canis), illustré
du haut vers le bas. Crédit : Samantha Leigh/California State University Dominguez Hills
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.
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 entre les repas copieux, ils comptent donc sur leur capacité à retenir la nourriture dans leur système et à absorber autant de nutriments que possible, a expliqué Leigh. Le mouvement ralenti de la nourriture dans leur intestin causé par l'intestin en spirale permet probablement aux requins de conserver leur nourriture plus longtemps, et ils utilisent également moins d'énergie pour transformer cette nourriture.
Cette vidéo montre l'image 3D d'un intestin en spirale d'aiguillat commun du Pacifique (Squalus suckleyi). Crédit : Samantha Leigh/California State University Dominguez Hills
Parce que les requins sont les principaux prédateurs de l'océan et qu'ils mangent également beaucoup de choses différentes - invertébrés, poissons, mammifères et même herbiers - ils contrôlent naturellement la biodiversité de nombreuses espèces, ont déclaré les chercheurs. Savoir comment les requins traitent ce qu'ils mangent et comment ils excrètent les déchets est important pour comprendre l'écosystème dans son ensemble.
« 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 », a déclaré Summers. "Nous devons regarder plus attentivement les requins et, en particulier, nous devons regarder plus attentivement les parties autres que les mâchoires et les espèces qui n'interagissent pas avec les humains."
Cette vidéo montre les tissus mous d'un intestin en spirale d'aiguillat commun du Pacifique (Squalus suckleyi), tourné et vu sous différents angles. Crédit : Samantha Leigh/California State University Dominguez Hills
Les auteurs 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 hors de la colonne d'eau.
Référence : 20 juillet 2021, Actes de la Royal Society B.
DOI: 10.1098 / rspb.2021.1359
Les autres co-auteurs de l'article sont Donovan German de l'Université de Californie à Irvine et Sarah Hoffmann d'Applied Biological Services.
Cette recherche a été financée par Friday Harbour Laboratories, la bourse de recherche d'études supérieures UC Irvine OCEANS, la bourse de recherche d'études supérieures du Newkirk Center, le programme de bourses de recherche d'études supérieures de la National Science Foundation et l'UC Irvine.
