FENETRE OUVERTE sur la POLITIQUE

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Rédigé par Hans le 31 mai 2011

La nature est pleine de surprises, il suffit parfois juste de prendre le temps de l’observer attentivement pour s’en émerveiller. Par exemple combien de personnes ont entendu parler ou même vu cette étrange catégorie d’insectes nommés les Membracides?

Pas énormément de monde me semble-t-il!

Et c’est bien dommage car les Membracides constituent une des famille d’insectes des plus étranges quoi soit, peut-être même la famille d’insectes la plus étrange qui existe. Pour s’en convaincre je vous laisse admirer les photos de trois espèces représentantes de la famille des Membracides.

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Voici trois représentants de la famille des Membracides, les excroissances que l’on nomme «casques» qu’abordent ces créatures, parlent d’elles-mêmes. En haut Heteronotus maculatus, au milieu Cladonota benitezi, en bas Bocydium globulare.
Crédit de l’image blog Why Evolution Is True du Biologiste Jerry Coyne [3] et [4]

Impressionnant n’est-il pas?

Comme vous pouvez le voir de manière pour le moins flagrante, ces insectes sont porteurs d’étranges excroissances que l’on nomme des «casques». Ces sont ces «casques» qui font que l’on a réellement l’impression que ces insectes sont le fruit de l’imagination d’un auteur de science-fiction alcoolique! Et pourtant ces insectes sont tout ce qu’il y a de plus réel!

Ces «casques» peuvent avoir des fonctions potentielles diverses allant de celle d’un outil de camouflage ou au contraire peuvent éventuellement faire office de «tape à l’œil» imposant en vue de décourager d’éventuels prédateurs.

Mais si l’on peut donc supputer des diverses utilités potentielles sur le plan sélectif de ces excroissances hors du commun, pourquoi donc les Membracides sont-ils la seule famille d’insectes à avoir développé des structures aussi excentriques? En effet, les Membracides forment un groupe monophylétique à l’instar par exemple des primates. Cela signifie que tous les Membracides partagent un ancêtre commun plus récent qu’avec n’importe quel autre insecte. Ainsi donc il semble fort possible que les Membracides doivent leurs étranges structures à leur ancêtre commun respectif!

Mais pour répondre à cette question cruciale encore fallait-il savoir ce que sont concrètement les «casques» des Membracides. Pendant longtemps les biologistes ont cru que le «casque» étrange des insectes, représentait une excroissance de la cuticule à l’instar des cornes qui ornent certaines espèces de Scarabées.

Pourtant deux chercheurs français du CNRS nommés Nicolas Gompel et Benjamin Prud’homme constatèrent quelque chose d’étrange en examinant de près le «casque» du Membracide nommé Publilia modesta, ils remarquèrent en effet que le dit «casque» en question était articulé au thorax de l’animal comme le sont les ailes d’insectes en général. Ainsi donc le «casque» des Membracides seraient autre chose que de simples excroissances de la culticule! Les deux chercheurs ont donc émis l’hypothèse selon laquelle les «casques» des Membracides seraient en quelque sorte, «homologues» à des ailes d’insectes. Pour ce faire les chercheurs analysèrent les gènes impliqués dans le développement des «casques» en question et découvrirent que deux gènes impliqués dans le développement des ailes le sont également dans les étranges excroissances des Membracides.

Il demeure cependant un dernier problème, les «casques» des Membracides ne se développent pas aux mêmes endroits que les ailes des insectes.
En effet chez les insectes on trouve au niveau du thorax trois segments, le segment antérieur (le plus près de la tête) T1, suivit des segments T2 et T3. Chez les insectes les ailes sont attachées sur le segment T2 voir éventuellement T3, mais jamais sur le segment T1.

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Schéma simplifié montrant les segments T1, T2 et T2 chez un insecte. Si les segments T2 et T3 peuvent être porteurs d’ailes il n’existe aucun insecte actuel chez qui le segment T1 est lui aussi pourvu d’ailes.
Crédit de l’image Benjamin Prud’homme et al (2011), voir références au bas de la page.

Jamais? En fait plus aujourd’hui! Car les plus anciens insectes datant du Paléozoïque vieux de plus de 250 millions d’années possédaient pour certains bel et bien d’une paire d’ailes au niveau du segment T1!

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Les fossiles de très anciens insectes tel que cet Éphémère du Paléozoïque (de moins 543 à moins 250 millions d’années), nous montrent que ceux-ci étaient pour certains porteurs d’ailes sur le segment T1.
Crédit de l’image, blog Why Evolution Is True du Biologiste Jerry Coyne [4]

Mais donc depuis, les insectes avaient totalement perdu cette paire d’ailes et cela en raison de l’expression d’un gène Hox particulier, gène Hox qui a en quelque sorte inhiber dans le segment T1, l’activité des gènes impliqués dans le développement des ailes, si bien que depuis des centaines de millions d’années les insectes se retrouvent dépourvus d’ailes sur le segment en question.

Mais donc il y a environ 40 millions d’années, date approximative où serait apparu les Membracide, cette contrainte imposée par le gène Hox en question, n’aurait plus fait effet et aurait permis à cette famille d’insectes naissante, de voir les gènes impliqués dans le développement des ailes, s’exprimer librement sur le segment T1. Chose surprenante, le gène Hox qui réprime habituellement le développement d’ailes sur le segment T1, est toujours fonctionnel. Nicolas Gompel précise que ce n’est donc pas au niveau du gène Hox en question qu’il faut chercher la cause du développement des «casques» des Membracides.

«Nous sommes confrontés à un paradoxe : un gène Hox qui est capable de réprimer la formation des ailes mais qui ne la réprime pas. Nous pensons que les changements évolutifs touchent plutôt le programme génétique de formation des ailes ; ces gènes seraient devenus insensibles à la répression par le gène Hox.»
Nicolas Gompel

Ainsi donc les gènes impliqués dans le développement des ailes auraient muté de manière à devenir insensibles au gène Hox qui les réprime habituellement. Ces changements génétiques ayant permis au segment T1 des Membracides de développer à nouveau des ailes, enfin des ailes tellement modifiées qu’elles ne sont plus vraiment, voir même plus du tout des ailes.

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Arbres phylogénétique simplifié des insectes retraçant les transitions concernant l’expression des gènes au niveau du Segment T1 (en rouge). Les Étapes 1 et 2 illustrant la complexification de l’expression des gènes sur les segments T1, T2 et T3 (notez le gène «scr» sur le segment T1 et impliqué dans le développement des «casques» des actuels Membracides). L’Étape 3 représente le moment où le développement des ailes sur le segment T1 a été bloqué par un gène Hox particulier. L’Étape 4 représente le déblocage développemental du segment T1 chez les Membracides avec à la clef l’apparition et l’évolution des «casques» de ces derniers, «casques» qui se développent donc comme des ailes et s’articulent même de manière similaires à ces dernières.
Crédit de l’image Benjamin Prud’homme et al (2011), voir références au bas de la page.

Ainsi Nicolas Gompel et Benjamin Prud’homme ont montré comment la réactivation d’un «potentiel développemental» mis sous silence depuis longtemps, peut mener à des innovations des plus surprenantes sans que cela ne nécessite donc forcément d’importantes modifications génétiques. Les travaux de ces deux chercheurs français et de leur équipe nous montrant également que même si la sélection naturelle demeure un important facteur évolutif, les «potentiels développementaux» et plus généralement ce que certains chercheurs nomment l’évolvabilité ainsi que les aléas contingents des mutations, demeurent des paramètres extrêmement important en matière d’évolution.

Mais une équipe de chercheurs français est parvenue à résoudre le mystère de ces excroissances surréalistes en montrant que celles-ci ne sont pas des excroissances de la cuticule mais des ailes modifiées!

Oui ces excroissances étranges sont bel et bien des ailes qui ont subit des modifications très particulières faisant d’elles non plus des ailes à proprement parler mais des instruments d’intimidation ou de camouflage à destination des prédateurs divers et variés.

Normalement les insectes ne disposent que de deux paires d’ailes sur les segments T2 et T3, le segment le plus antérieur à savoir le segment T1 ne dispose plus d’ailes depuis longtemps seuls certains insectes préhistoriques possédaient des ailes sur le segment T1, mais depuis longtemps l’expression des gènes Hox avait rendu inhibé la formation des ailes sur ce segment restant donc dépourvue d’ailes ou d’autres choses. Cependant chez les Membracides quelques chose d’étrange s’est produit, le gène Hox bloquant la formation des ailes est resté actif, cependant un changement génétique est parvenu à contourner l’inhibition imposée par le gène Hox permettant le développement des ailes modifiées en question sur le segment T1. L’étude de l’équipe française démontrant que les gènes Hox ne sont pas «tout puissants» et peuvent être contournés pour le développement de nouvelles structures y compris des structures aussi importantes que celles des Membracides.

Références:

[1] Benjamin Prud’homme and al (2011), Body plan innovation in treehoppers through the evolution of an extra wing-like appendage, Nature

[2] Interview de Benjamin Prud’homme et Nicolas Gompel (2011), Du jamais vu : des insectes à trois paires d’aile!, Science Gouvernement

[3] Jerry Coyne and Matthew Cobb (2010), The surreal treehoppers, Why Evolution Is True

[4] Jerry Coyne (2011), The strange origin of the treehopper “helmet”, Why Evolution Is True

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HANS.

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