EntomoScience

Heteronotus tree hoppers have a fake “ant” on their backs, presumably to foil predators. Maquipucuna Cloud Forest Reserve, Pichincha, Ecuador

Évolution : une troisième paire d'ailes

The astounding shapes of treehoppers evolved from wing-like appendages

Hoppers, Hats, and Homology

On en reste cependant avec un scénario évolutif plutôt convaincant et résumé dans le schéma suivant:

(Scénario évolutif du déploiement du programme génétique de la formation des ailes chez les insectes, Prud'homme et al., 2011)

L’idée est qu’au cours de l’évolution des insectes, un programme génétique de formation des ailes, développé tout d’abord dans tous les segments (nœud 2), s’est vu inhibé dans le segment T1 (nœud 3) chez l’ancêtre de tous les insectes actuels, mais que cette inhibition ne fonctionne plus chez les membracides car le programme génétique de formation de l’aile s’enclenche dans ce segment malgré l’action de Scr.

Les auteurs avancent également que l’émergence d’une telle structure, sans aucune utilité pour le vol, explique pourquoi elle présente une telle diversité: il s’agit de l’effet de relâche de la sélection naturelle. Contrairement aux ailes qui subissent une pression de sélection gigantesque (toute modification du plan de l’aile peut avoir des conséquences dramatiques sur les capacités de vol de l’animal), cette troisième paire d’appendices pouvait subir des modifications drastiques sans trop de conséquences sur la survie de l’animal. Le paysage évolutif du casque des membracides était beaucoup plus large à explorer, ce qui explique pourquoi, en 40 millions d’années, les casques des 3600 espèces de membracides présentent une telle variété de formes!
Le casque des membracides devenait ainsi la plateforme de jeu de l’évolution…

Bon, je vous laisse digérer ce billet riche en concepts évolutifs.

Quant à moi, je n’ai plus qu’un dernier mot à dire aux auteurs de cette fantastique étude: Chapeau bas!

Pour comprendre comment le casque des membracides est apparu, nos chercheurs ont voulu voir comment fonctionnait leur protéine Sex comb reduced (Scr). Ce qu’il faut savoir, c’est que lorsque Scr ne fonctionne pas chez les coléoptères, voici ce qu’on obtient:

(Tribolium castaneum mutant Scr (Cx) avec trois paires d'ailes)

Si vous comptez bien, vous trouverez que ce coléoptère possède bien 3 paires d’ailes, dont une paire fichée sur le segment T1!

A vrai dire, on a retrouvé des larves d’éphémeroptères du paléozoïque qui laissent penser que les premiers insectes portaient des mini ailes sur l’ensemble de leur corps:

(Nymphe typique d'éphéméroptère du paléozoïque)

Mais bon, ces fossiles datent de plus de 250 millions d’années! Ca fait un sacré bail quand même que les ailes des insectes sont restreintes à pousser uniquement sur les segment T2 et T3! Par exemple, si aucune aile ne pousse sur le segment T1, c’est parce qu’un gène appelé Sex-comb reduced, inhibe la formation d’une paire d’aile dans ce segment.

Bref, tout ça pour dire qu’il ne faut pas particulièrement être surpris par les noms des trois gènes les plus connus étant impliqués dans la formation des ailes de Drosophila: Nubbin, Distal-less et homothorax… Chacun de ces gènes codent pour des protéines et quand on observe la localisation de ces protéines au cours du développement de la mouche, on les retrouve principalement dans le bourgeon d’aile… logique ma foi…
Et bien quand on localise ces protéines chez un Membracide, non seulement on les retrouve dans le bourgeon d’aile… mais aussi dans le bourgeon de casque!

(Les gènes d'ailes sont exprimés dans le casque, Prud'homme et al., 2011)

Y’a force là quand même! Grâce à ses résultats, on comprend que le casque et les ailes partagent un même programme génétique développemental, ce qui appuie fortement la balance pour considérer le casque comme une structure homologue de l’aile… enfin, comme on dit en Evo-Devo, un homologue sérié. Qu’est ce que c’est au juste un homologue sérié? Et bien c’est une structure homologue mais non pas retrouvée chez deux espèces distinctes, mais sur le même individu… Nos vertèbres, par exemple, sont des structures homologues sériées…

Il y a certains photographes dont on connaît le travail, tant il est prolifique, mais sans s’en apercevoir. C’est d’autant plus facile lorsque le travail du photographe met en valeur les sujets et non la prise. C’est exactement ce qui s’est passé quand j’ai découvert le travail d’Arthur Anker.

[...]

(Heteronotus sp., Arthur Anker)

Cette photo a été prise le 26 février 2013 en Coimbatore, Tamil Nadu, Inde.

 Encore un insecte de la famille des membracides, lui aussi équipé d’une imposante excroissance. Il vit en Amérique du Sud et se nourrit de la sève des arbres.

(photo : Artour_a)

Source: Flickr / artour_a

→ http://www.flickr.com/photos/artour_a/3177489745/sizes/o/in/photostream/

From 250 million years of repression, a wonderland of hats

Joven salta-arboles

Hemiptera : Membracidae

Parque Chicaque, Colombia

Etapa juvenil, todavia no tiene alas.

Immature stage of a Treehopper.

Chez les mouches et les moustiques, par contre, ce sont les ailes fichées sur le segment T3 qui sont atrophiées et qu’on appelle haltères:

(ailes et haltères de drosophile)

Les modifications majeures qu’ont subi les ailes des insectes durant ces 250 millions d’années d’évolution, c’est la perte ou la modification des ailes qui poussent en T2 et T3. Exemple, chez les coléoptères, la première paire d’ailes en T2 ne sert pas à voler: il s’agit d’ailes modifiées appelées élytres et qui servent plutôt de fourreau ou étui (l’origine du mot élytre en grec):

(Élytres et ailes du coléoptère Tribolium castaneum, Tomoyasu et al., 2005)

Mais comment est-ce bien possible que les Membracides se retrouvent avec des simili-ailes sur le segment T1, le pronotum, sachant qu’aucun insecte actuel ne possède de telles structures sur ce segment?
Bon déjà, ce n’est pas le cas de tous les insectes fossiles… Il y a par exemple des insectes fossiles sur lesquels on a retrouvé des ptits-bouts d’ailes sur le segment T1, comme pour Stenodyctya lobata:

(Stenodyctya lobata)