La nature semble avoir une source inépuisable d’inspiration quand il s’agit de papillons. Avec plus de 18 000 espèces, chacune avec une géométrie et une combinaison de couleurs uniques, les papillons semblent faire de leur mieux pour imiter un rayon de soleil qui croise un prisme.
Une nouvelle étude publiée dans la revue Recherche sur les lépidoptères tropicaux aide à mettre cette incroyable variation dans une perspective plus ciblée. Les résultats s’alignent sur un nombre croissant de preuves qui suggèrent que la diversité des ailes de papillon se résume en réalité à quelques ingrédients simples dans une recette ancienne qui a résisté à l’épreuve du temps.
« L’évolution ne signifie pas seulement le changement », a déclaré l’auteur principal Andrei Sourakov, coordinateur des collections au Centre McGuire pour les lépidoptères et la biodiversité du Florida Museum of Natural History. « Quand il tombe sur des conceptions réussies, elles restent, parfois pendant des centaines de millions d’années. »
Sourakov voulait spécifiquement tester une théorie lancée pour la première fois dans les années 1920, qui suggérait que les motifs d’ailes de papillon sont organisés dans et autour de bandes distinctes disposées de manière concentrique.
Selon ce plan idéalisé, appelé le plan de base des nymphalidés, la mosaïque de taches oculaires, de chevrons et de stries de chaque papillon est dérivée d’un ou d’une combinaison de ces systèmes de symétrie.
« Plutôt qu’une composition unifiée, les ailes de papillon ressemblent davantage à un collage créé par des éléments de motifs d’ailes appartenant à différents systèmes de symétrie », a déclaré Sourakov.
Plusieurs décennies de recherche ont confirmé que de nombreuses espèces de papillons adhèrent à ce modèle de base, mais la plupart des travaux se sont concentrés uniquement sur la seule famille – les Nymphalidae – dans laquelle ces systèmes ont été découverts pour la première fois. Les nymphalides et leurs plus proches parents, les lycaenides, se sont séparés il y a 90 millions d’années. Cette longue période de temps aurait donné aux lycaenidés et à d’autres groupes amplement l’occasion de développer leur propre système pour colorer leurs ailes plutôt que de s’en tenir à l’ancien prototype.
« L’idée que le plan au sol des nymphalides s’applique aux lycaenides, qui ont divergé des nymphalides lorsque les dinosaures étaient encore là, est une hypothèse importante à faire », a déclaré Sourakov.
Sourakov a sélectionné le papillon Atala, Eumaeus atala, pour l’étude, à la fois pour ses motifs saisissants et son histoire naturelle unique. C’est l’une des seules espèces toxiques de la famille des lycaenidés, qu’il affiche de manière flagrante avec un abdomen rouge cerise et deux taches de la même couleur sur ses ailes inférieures. Ces marques contrastent fortement sur un fond d’écailles noires veloutées et de taches bleues tachetées, que l’Atala utilise comme des sémaphores pour attirer les partenaires.
Les papillons Atala ont presque disparu de leur aire de répartition naturelle en Floride lorsque leur plante hôte a été surexploitée au début des années 1900, mais les efforts ultérieurs pour cultiver la plante ont conduit à la résurgence des deux espèces, ce qui en fait l’une des rares réussites en matière de conservation dans le sud de la Floride. Les populations d’Atala sont maintenant stables et une colonie de l’espèce a été établie au Centre McGuire du Florida Museum, que Sourakov a utilisé pour l’étude.
Pour évaluer les similitudes des groupes, Sourakov a emprunté une technique improbable à des recherches antérieures. En exposant les insectes en nymphose à un anticoagulant pharmaceutique appelé héparine, les scientifiques ont découvert qu’ils pouvaient altérer les ailes résultantes des papillons adultes.
« Les éléments du motif d’aile appartenant aux mêmes systèmes de symétrie devraient réagir de manière similaire au même traitement », a déclaré Sourakov. « En ajustant l’expression des gènes sous-jacents, de telles expériences nous permettent de comprendre l’étonnante variation que l’on trouve chez les papillons et nous aident à identifier la source exacte de cette variation. »
Malgré le laps de temps significatif depuis que les deux groupes ont divergé, les résultats de l’étude indiquent que les papillons Atala et nymphalidés partagent des réponses similaires à l’héparine. En fonction de la concentration d’héparine à laquelle les pupes avaient été exposées, les taches sarcelles irisées qui parsèment normalement les ailes des adultes se sont soit agrandies, contractées ou complètement fanées. Les seules marques qui n’étaient pas affectées étaient les taches rouges, qui pourraient appartenir à un système de symétrie nymphalidé correspondant insensible à l’héparine.
« Remarquablement, il semble y avoir de nombreuses similitudes entre le modèle d’aile d’Atala et le plan au sol des nymphalides », a déclaré Sourakov.
Les résultats fournissent une confirmation externe que de nombreux papillons se sont diversifiés en utilisant la même boîte à outils de base fournie par leurs ancêtres, avec seulement quelques modifications séparant maintenant des espèces éloignées. Mais, note Sourakov, les fondements génétiques qui régissent ces changements sont encore en train d’être cartographiés.
« Des études futures seront nécessaires pour déterminer si les mêmes gènes contrôlent les motifs de baguage et les couleurs d’Atala et d’autres lycaenidés par rapport à d’autres familles de papillons, mais j’espère que ces résultats ont jeté les bases d’une enquête plus approfondie. »
Plus d’information:
Andrei Sourakov et al, Transformations d’Atala : Effets de l’héparine sur le développement du motif des ailes du papillon Atala, Eumaeus atala (Lepidoptera : Lycaenidae : Eumaeinae), Recherche sur les lépidoptères tropicaux (2022). DOI : 10.5281/zenodo.7246248