Les différents mondes olfactifs des papillons nocturnes femelles et mâles

Une équipe de chercheurs de l’Institut Max Planck d’écologie chimique, en collaboration avec des collègues de l’Université Martin Luther de Halle-Wittenberg, en Allemagne, a étudié l’olfaction des papillons femelles de la soie. Grâce à des méthodes électrophysiologiques, ils ont découvert que l’antenne, spécialisée chez les mâles pour détecter les phéromones femelles, est particulièrement sensible à l’odeur des excréments de vers à soie chez les femelles.

Les composants de cette odeur se sont avérés dissuasifs pour les femelles accouplées, leur permettant probablement d’éviter la compétition pour leur propre progéniture lors de la ponte. Les neurones sensoriels responsables sont situés dans des structures ressemblant à des cheveux appelées sensilles.

Chez les mâles, la détection des phéromones a lieu dans un type long de ces sensilles, tandis que les neurones des sensilles longues des femelles détectent l’odeur des excréments larvaires. L’odeur du mûrier, la seule plante hôte du ver à soie, est en revanche détectée par les neurones sensoriels des papillons femelles dans les sensilles de longueur moyenne.

L’étude est publié dans la revue Actes de la Royal Society B : Sciences biologiques.

Le monde a une odeur différente pour les femelles et pour les mâles.

Chez l’homme, l’odorat est développé de la même manière chez les hommes et les femmes, même si les femmes ont un peu plus de neurones olfactifs et donc un nez légèrement plus sensible. Mais dans l’ensemble, ils perçoivent les mêmes odeurs. Les papillons mâles, quant à eux, vivent dans un monde olfactif complètement différent de celui de leurs homologues femelles. Par exemple, les antennes des papillons à soie mâles – leur « nez » – sont hautement spécialisées pour détecter les phéromones sexuelles femelles, alors que les femelles ne peuvent même pas sentir leurs propres phéromones.

Il existe des milliers de sensilles sur les antennes, des structures ressemblant à des cheveux, qui peuvent être divisées en groupes morphologiquement et fonctionnellement distincts. Les sensilles les plus courantes chez les mâles sont longues et contiennent deux neurones sensoriels. L’un est spécialisé dans la détection du bombykol, la phéromone sexuelle des femelles, tandis que l’autre répond au bombykal, un composant de la phéromone d’autres espèces de papillons. Alors que le bombykol est très attrayant pour les papillons mâles, le bombykal est un moyen de dissuasion.

« Comme les femelles ne peuvent pas sentir leur propre phéromone, on a longtemps pensé que leurs longues sensilles avaient également une fonction très spécifique que l’on ne retrouve que chez les femelles. Après l’accouplement, la seule tâche de la femelle est de trouver une plante appropriée sur laquelle la pondre. Il a donc été suggéré que les longues sensilles des femelles sont spécialisées pour détecter l’odeur attrayante des mûriers. Nous voulions tester cette hypothèse », explique Sonja Bisch-Knaden, qui dirige un groupe de projet au Département de neuroéthologie évolutive de l’Institut Max Planck d’écologie chimique.

La longue sensille des papillons femelles de la soie reconnaît les excréments du ver à soie

Les méthodes électrophysiologiques, telles que la mesure de l’activité de chaque sensille (enregistrement monosensillaire), ont été cruciales pour les résultats de l’étude. Les scientifiques ont non seulement testé de nombreuses odeurs individuelles différentes, mais également des mélanges d’odeurs naturelles, comme celles trouvées dans les feuilles du mûrier, les excréments de chenilles, l’odeur corporelle des papillons nocturnes ou le méconium, un liquide que les papillons sécrètent lors de leur éclosion.

Toutes ces odeurs, qui jouent un rôle écologique dans l’environnement de la teigne à soie, avaient été collectées. L’équipe de recherche a également pu faire correspondre l’expression des récepteurs olfactifs au type de sensille correspondant.

« Nous avons été surpris de constater que les neurones de la longue sensille des papillons femelles n’étaient pas spécialisés pour détecter l’odeur de la plante hôte, comme prévu, mais que l’un des deux neurones de la longue sensille est très sensible aux odeurs telles que l’isovalérique. acide et benzaldéhyde. La détection de l’odeur de la feuille de mûrier elle-même est effectuée par les neurones des sensilles de longueur moyenne », explique Bisch-Knaden.

L’acide isovalérique et le benzaldéhyde sont des composants odorants des excréments de vers à soie. En utilisant un simple test de labyrinthe en Y avec un bras d’entrée qui se divise en deux bras latéraux à travers lesquels une odeur ou de l’air pur (contrôle) est introduit, l’équipe de recherche a pu susciter un comportement chez les femelles autrement immobiles qui exprimaient une attirance ou une aversion. Des différences majeures sont apparues en comparant les femelles vierges et accouplées.

Les chercheurs ont montré que les odeurs associées aux déjections des chenilles ne déclenchaient pas de réaction spécifique chez les femelles vierges, mais avaient un effet dissuasif sur les femelles accouplées. Vraisemblablement, l’odeur des excréments aide les femelles à éviter les mûriers, qui regorgent déjà de vers à soie lorsqu’elles pondent leurs œufs.

À la recherche de la phéromone mâle de la teigne des soies

La phéromone des papillons femelles de la soie, le bombykol, a été caractérisée chimiquement dès 1959 – la première phéromone d’insecte jamais créée. Jusqu’à présent, les scientifiques n’ont pas pu identifier d’homologue masculin. L’étude actuelle fournit des indices, mais aucune réponse à la question d’une phéromone masculine.

« Le deuxième neurone de la longue sensille des femelles est hautement spécifique du (+)-linalol, une odeur déjà identifiée comme un composant de la phéromone mâle chez d’autres espèces de papillons. Cependant, aucun linalol n’a pu être trouvé dans l’odeur corporelle de la soie mâle. papillons de nuit, et le (+)-linalol seul n’ont eu ni effet attractif ni répulsif sur les papillons femelles lors d’expériences comportementales », explique Bisch-Knaden.

Particularités de la perception des odeurs des teignes à soie

En étudiant les bases moléculaires de la détection des odeurs chez les papillons femelles, les chercheurs ont remarqué une particularité dans l’organisation spatiale des récepteurs olfactifs. Il existe deux familles de récepteurs olfactifs, les récepteurs ionotropes (IR) évolutifs plus anciens, qui détectent principalement les acides, et les récepteurs odorants (OR), qui détectent une large gamme de composés chimiquement divers. Sur la base d’études menées sur la mouche modèle Drosophila melanogaster, on a longtemps pensé que les neurones exprimant des IR ou des OR se produisent généralement dans différents types de sensilles et que les IR n’apparaissent jamais dans les sensilles longues.

Chez la teigne à soie, cependant, un co-récepteur IR pour la détection des acides et le co-récepteur OR obligatoire se trouvent tous deux dans les mêmes neurones situés dans les longues sensilles. Cette co-expression des IR et des OR augmente la réceptivité chimique des neurones sensoriels. Les odeurs détectées par les deux types de récepteurs sont traitées et transmises ensemble, ce qui pourrait être avantageux pour la détection sans ambiguïté de mélanges d’odeurs écologiquement importants.

« Il est étonnant que la recherche sur l’olfaction des insectes continue de produire des résultats surprenants. Notre étude montre qu’il est important d’étudier plus qu’un seul modèle », déclare Bill Hansson, chef du département de neuroéthologie évolutive.

Les chercheurs ont également découvert cette co-expression des deux types de récepteurs dans la longue sensille des papillons mâles, c’est pourquoi ils supposent que la détection d’acides pourrait également jouer un rôle écologique important chez les mâles. Des investigations plus approfondies permettront désormais de clarifier cela.