Bien qu’il puisse sembler s’agir d’un processus tout ou rien, la métamorphose des insectes est probablement apparue par des changements évolutifs progressifs.
La métamorphose des insectes semble être un processus presque magique. Alors comment — et pourquoi — a-t-elle évolué ? (Crédit photo : Reza Alfiansyah via Getty Images) Inscrivez-vous à notre newsletter
Lorsqu’une chenille sort de son œuf, elle passe les premières semaines de sa vie à manger autant qu’elle le peut physiquement. Ensuite, elle se suspend la tête en bas à une feuille ou une tige et mue sa peau extérieure pour révéler sa chrysalide. À l’intérieur, le corps de la chenille se décompose, et des cellules spécialisées appelées disques imaginaux commencent à former l’ossature du papillon qui émergera. En quelques semaines, il sera prêt à s’accoupler et à recommencer tout le processus.
Le processus de métamorphose est si étrange qu’il semble tout droit sorti de la science-fiction. Alors comment un cycle de vie aussi particulier a-t-il évolué en premier lieu ?
Mais selon James Truman, un biologiste et professeur émérite à l’Université de Washington, quelque chose a changé il y a environ 400 millions d’années. De petites mutations génétiques ont fait que les phases adulte et juvénile des insectes semblaient différentes — un phénomène appelé métamorphose incomplète. Plutôt que d’éclore en minuscules versions d’elles-mêmes adultes, les insectes qui subissent une métamorphose incomplète — appelés insectes hémimétaboles — commencent leur vie dans ce qu’on appelle la phase nymphe.
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Les nymphes ressemblent toujours globalement à leurs congénères adultes, mais elles ont également de petits bourgeons où pousseront les ailes. Chaque fois que la nymphe mue, les bourgeons des ailes se développent davantage, jusqu’à ce que leur mue finale révèle des ailes adultes fonctionnelles. Ces ailes sont ce qui a fait de la métamorphose incomplète une étape évolutive si importante pour les insectes — les ailes sont si délicates qu’il serait difficile d’éclore avec des ailes pleinement fonctionnelles, il était donc plus facile pour les ailes de se développer avec les insectes tout au long de leur vie.
Après environ 50 millions d’années supplémentaires, a déclaré Truman, d’autres mutations génétiques ont encore modifié les premiers stades de vie des insectes. Ces changements génétiques ont créé les insectes holométaboles, qui sont les insectes qui subissent une métamorphose complète. Au lieu d’éclore de leurs œufs en nymphes, ces insectes ont commencé à émerger sous forme de larves — des créatures vermiformes qui ne ressemblent en rien à leurs parents.
“L’identité des parents n’est en aucun cas reflétée dans l’identité des jeunes. Il n’y a tout simplement aucune ressemblance du tout”, a déclaré Truman à Live Science. “Le terme [latin] pour ‘larve’ signifie ‘masque’, et en effet, le stade larvaire masque le stade adulte.”
Un criquet du désert adulte à côté de deux nymphes. (Crédit photo : Dick Culbert de Gibsons, C.-B., Canada, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons) Avantages évolutifs
Aujourd’hui, il existe environ 5,5 millions d’espèces d’insectes sur Terre, et plus de 80 % d’entre elles subissent une métamorphose complète. La métamorphose a probablement été un tel succès parce qu’elle offre aux insectes de nombreux avantages évolutifs, le premier étant le vol. Les insectes hémimétaboles ont été les premiers animaux à développer des ailes fonctionnelles, et ils ont pris leur envol bien avant les vertébrés.
“Pendant 100 millions d’années, les insectes ont eu l’air comme terrain de jeu”, a déclaré Truman. “C’est cette capacité qui a vraiment permis aux insectes de dominer.”
La métamorphose complète présente encore plus d’avantages. Parce que les stades larvaires et adultes sont si différents, les juvéniles et les adultes peuvent se spécialiser dans des tâches différentes ; généralement, les larves passent la plupart de leur temps à manger, tandis que les insectes adultes sont plus préoccupés par la reproduction. Dans certains cas, les adultes de certaines espèces, comme les bombyx lunaires (Actias luna), n’ont même pas de bouche fonctionnelle ; après la métamorphose, ils passent le reste de leur courte vie à trouver un partenaire et ne mangent plus jamais.
La métamorphose apporte également des avantages liés à la compétition pour les ressources, a déclaré Truman, car les adultes et les larves peuvent avoir des régimes alimentaires entièrement différents. Chez de nombreuses espèces, les larves se nourrissent souvent de ressources éphémères, comme des carcasses et des vers, tandis que les adultes se nourrissent de ressources plus durables, comme le nectar. Cela signifie que les larves et les jeunes ne se font pas concurrence pour la même nourriture, de sorte qu’un plus grand nombre de chaque groupe d’âge peut survivre.
Comparaison des stades larvaire et adulte du scarabée Hercule. (Crédit photo : kittikornphongok et MD Al-amin / 500px via Getty Images) Mystères de la métamorphose
Bien que les avantages évolutifs de la métamorphose complète soient clairs, les détails de la manière dont ce processus complexe a évolué pour la première fois restent flous.
“Il y a deux courants principaux”, a déclaré Xavier Bellés Ros, chercheur ad honorem au Conseil national de la recherche d’Espagne, à Live Science par e-mail.
Une idée, soutenue par Bellés Ros, propose que la métamorphose complète a évolué lorsque le stade nymphal s’est divisé en stades larvaire et nymphal. Le camp opposé, soutenu par des chercheurs dont Truman, soutient que le stade larvaire est originaire d’une phase embryonnaire appelée pronymphe, la brève phase où un insecte commence tout juste à émerger de son œuf.
Les scientifiques connaissent certains des gènes clés qui contrôlent les stades larvaires, nymphaux et adultes des insectes à métamorphose complète. “Chaque stade semble être contrôlé par un gène régulateur maître”, a déclaré Truman. Ce qui reste incertain, c’est la manière dont ces mêmes gènes fonctionnent chez des insectes plus simples qui se développent sans transformations aussi drastiques.
Néanmoins, les chercheurs disent que les mystères persistants de la métamorphose font partie de son attrait.
“Après 30 ans de travail avec elle (et je travaille toujours), je n’ai élucidé que quelques mystères”, a déclaré Bellés Ros. “Il reste encore beaucoup de travail à faire, un travail qui devrait s’avérer fascinant pour les futures générations d’entomologistes.”
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