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Une introduction à l’univers des rhopalocères

Entomologiste anglais de renom international, Adrian Hoskins a longtemps étudié la faune lépidoptérologique britannique et s’est investi avec passion dans l’association Butterfly Conservation. Il a toutefois quitté cette structure pour ne plus se consacrer désormais qu’à l’observation de terrain des lépidoptères tropicaux (1). Et il nous fait profiter de ces observations en livrant un petit ouvrage splendidement illustré, entièrement dédié aux papillons diurnes (rhopalocères) – un univers qu’Hoskins explore avec une grande rigueur scientifique mais aussi un réel talent de photographe -.

Page de couverture : Papillon du monde - Adrian Hoskins (Delachaux et Niestlé - juin 2016)

Page de couverture : Papillons du monde – Adrian Hoskins (Delachaux et Niestlé – juin 2016)

La première partie de ce livre, Papillons du monde, offre un panorama complet sur ces insectes et leur mode de vie. Elle en présente l’origine, l’évolution, l’anatomie, et en détaille le cycle de vie, de l’oeuf à la chenille puis à la chrysalide et enfin à l’imago, en soulignant les exigences trop souvent insoupçonnées de certaines espèces, inféodées par exemple à des végétaux particuliers ou, également, dépendantes de leur relation à des fourmis (myrmécophilie) (lire cet article).

Les moeurs des papillons ne sont pas en reste : leurs exigences alimentaires, leur comportement sexuel, les migrations de certaines espèces, la pression de prédation et le parasitisme dont ils sont victimes sont évoqués avec précisions. Les stratégies de survie mises en oeuvre par ces insectes font l’objet d’un chapitre nourri – à commencer par la subtilité de leurs camouflages ou l’art de certaines espèces à en mimer d’autres, qui signalent à leurs éventuels prédateurs leur toxicité par leur coloration très vive (dite aposématique) (lire cet article). On découvrira ainsi comment certains papillons se « déguisent » pour se fondre dans leur milieu végétal par leur coloration ou par… leur transparence et comment d’autres trompent l’attaque des oiseaux en leur faisant prendre le bas de leurs ailes repliées pour… leur tête !

Extrait : Papillons du monde - Adrian Hoskins (Delachaux et Niestlé - juin 2016)

Extrait : Papillons du monde – Adrian Hoskins (Delachaux et Niestlé – juin 2016)

Cette partie généraliste est suivie d’une présentation exhaustive de toutes les familles (Hesperidae, Nymphalidae, Lycaenidae, Riodinidae, Papilionidae, Pieridae, Hedylidae), sous-familles, voire, le cas échéant, des tribus de rhopalocères. Chacun de ces chapitres est illustrés de spécimens saisis sur le vif dans leur habitat naturel – pour la plupart par l’auteur au cours de ces nombreux voyages sous les tropiques, et particulièrement en Amérique Latine -. Certains clichés, parfois, présentent même des espèces nouvelles, encore en attentes de description. Un texte concis permet de s’approprier l’essentiel des caractéristiques taxonomiques et biologiques des divers groupes de papillons, voire même des spécificités de certains genres. Il ne faudra que regretter, c’est un détail, l’absence d’une partie bibliographique, suggérant des pistes pour mieux appréhender tel ou tel de ces groupes de papillons.

Ainsi conçu, Papillons du monde se présente comme l’une des rares introductions à la (suite…)

Chez les insectes, les ailes sont soumises à des fortes pressions de sélection naturelle pour le camouflage, le mimétisme et la coloration d’avertissement. Les motifs et les couleurs des ailes de papillons constituent par exemple de bons modèles d’études de ces processus. Les changements au niveau génétique engendrent des modifications dans la combinaison des pigments et dans celle de leur position relative au cours du développement des ailes en phase larvaire et durant la métamorphose.

En Amérique Latine et du Sud, les papillons du genre Heliconius sont particulièrement intéressants à ce sujet. Ils présentent une large diversité de pattern (type de motif) mais qui converge dans chaque région géographique au point que toutes les espèces se ressemblent. Depuis de nombreuses années, les scientifiques essaient de comprendre quels sont les mécanismes génétiques et évolutifs à l’origine de l’apparition de cette diversité morphologique.

L’équipe, menée par Richard W.R. Wallbank (université de Cambridge), apporte des éléments de réponse. Par des analyses génétiques complexes de plusieurs espèces d’Heliconius, ces scientifiques ont mis en évidence des phénomènes de recombinaison et d’introgression de certains gènes survenus entre les espèces et les populations au cours de leur histoire évolutive. Ces mécanismes favorisent l’émergence de nouveaux patterns qui seront sélectionnés dans les populations et qui permettront ainsi aux espèces d’évoluer rapidement.

L’un des principaux obstacles à l’innovation de l’évolution est la contrainte des changements génétiques imposée par la fonction existante. En effet, les mutations conférant des phénotypes avantageux (aspect d’un trait morphologique) pour un caractère nouveau entraine souvent des effets négatifs sur d’autres traits influencés par le gène concerné (effet pléïotropique).

Ce fonctionnement pléïotropique de certains gènes restreint l’apparition de nouveautés phénotypiques et donc la diversité des espèces. Par exemple, les gènes contrôlant le développement des ailes chez les insectes ont peu été modifiés au cours de l’évolution car ils sont soumis à une forte pression de sélection. Les profils d’expression de ces gènes sont ainsi similaires entre les mouches et les papillons.

Diversité des patterns de plusieurs espèces d'Amazonie - 1ère ligne : H. burneyi huebneri, H. aoede auca et H. xanthocles Zamora - 2ème ligne : H. timareta f. timareta, H. doris doris et H. demeter ucayalensis - 3ème ligne : H. melpomene malleti, H. egeria homogena et H. erato emma - 4ème ligne : H. elevatus pseudocupidineus, Eueides heliconioides eanes et E. tales calathus - 5ème ligne : Cretonne phyllies (Source : Wallbank et al., 2015)

Figure 1 : Diversité des patterns de plusieurs espèces d’Amazonie – 1ère ligne : H. burneyi huebneri, H. aoede auca et H. xanthocles Zamora – 2ème ligne : H. timareta f. timareta, H. doris doris et H. demeter ucayalensis – 3ème ligne : H. melpomene malleti, H. egeria homogena et H. erato emma – 4ème ligne : H. elevatus pseudocupidineus, Eueides heliconioides eanes et E. tales calathus – 5ème ligne : Cretonne phyllies (Source : Wallbank et al., 2016)

Cependant, des études ont montré qu’il existait des structures génétiques permettant de contourner ces contraintes. Elles sont constitués d’éléments juxtaposés, dits modules, codant pour des domaines spécifiques, où la modification de l’un d’entre eux ne perturbe pas l’expression des autres. Ce principe semble être à l’origine de la diversité morphologique.

De tels éléments ont été découverts chez les Heliconius (thématique sur laquelle j’ai travaillé en 2009, rendez-vous en bas de page). Ces papillons, qui se rencontrent en Amérique Latine et du Sud, regroupent de nombreuses espèces aux motifs et aux couleurs d’une grande diversité. Dans une même localité géographique, l’ensemble des espèces présente une structuration de la coloration des ailes identique. Cette convergence mimétique est particulièrement remarquable pour les 11 espèces d’Heliconius au phénotype appelé « Dennis-Ray » : taches rouges à la base des ailes antérieures (Dennis) et rayures rouges sur les ailes postérieures (Ray) (voir figure 1).

Quels sont les processus génétiques et évolutifs qui ont ainsi permis à toutes ces espèces, parfois phylogénétiquement éloignées, d’évoluer vers un pattern similaire ? 

C’est ce à quoi a voulu répondre l’équipe de Wallbank.

Pour cela, les scientifiques ont entrepris des analyses génétiques sur Heliconius melpomene et d’espèces proches comme H. elevatus et H. timareta pour identifier les modules associés aux éléments à l’origine des phénotypes Dennis et Ray.

Leurs résultats révèlent une histoire évolutive plus complexe que les scientifiques le supposaient !

Les analyses génomiques ont été réalisées à partir de (suite…)

La couleur n’est pas une caractéristique intrinsèque (propre à) des objets et des organismes vivants. Elle dépend du type de récepteurs et du processus de traitement de l’information de celui qui regarde. En effet, un coquelicot, que nous voyons rouge, sera perçu différemment par une abeille qui ne perçoit pas les longueurs d’onde correspondant au rouge mais aux ultra-violet (300-400nm).

Photo 1 : Morpho peleides (Source : Bernard Dupont - Flickr.com)

Photo 1 : Morpho peleides (Source : Bernard Dupont – Flickr.com)

La couleur est générée à partir de la couleur blanche, constituée de l’ensemble du spectre visible (ici, en ce qui concerne les humains), où certaines longueurs d’onde sont éliminées par des pigments (absorption optique) et les autres réfléchies, qui selon leur nature, renvoient une couleur spécifique. Ainsi, un objet qui émet l’ensemble du spectre (aucune absorption) apparaîtra blanc, à l’inverse, si toutes les longueurs d’onde sont absorbées, l’objet apparaîtra noir.

Le processus à l’origine de la production de couleur peut être de deux types : chimique (pigmentaire) ou structurel.

Chez les insectes, les couleurs proviennent de pigments ou de structures présents sur la cuticule, l’épiderme si celle-ci est transparente.

La coloration structurelle la plus connue et la plus étudiée chez les insectes est celle des papillons du genre Morpho (famille des Nymphalidae). Ce sont des papillons d’Amérique du sud et centrale dont la coloration alaire, aux reflets métalliques, s’étend, selon les espèces, d’un bleu pâle à un bleu profond, parfois visible à de grandes distances (voir photo 1 ci-dessus). (suite…)

En 2009, j’ai eu la chance d’intégrer l’équipe de Mathieu JORON avec qui j’ai pu mener des travaux de recherche sur les papillons tropicaux du genre Heliconius au sein de « l’Institut de Systématique, Evolution et Biodiversité » du Muséum National d’Histoire Naturelle de Paris (UMR 7205-CNRS) et sur le site de Gamboa (Panama) du Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) durant 6 mois.

J’ai également effectué une mission de terrain d’un mois en Guyane française, dont 10 jours à la station des Nouragues.

Les derniers travaux de l’équipe de Mathieu JORON et de ses collaborations internationales, intégrant mes résultats, viennent d’être publiés dans la revue Nature/Heredity du 25 mars 2015 :

  • « Conservatism and novelty in the genetic architecture of adaptation in Heliconius butterflies », Huber B. et al. ; Heredity (2015), 1-10.

Je vous mets le lien ici pour que vous puissiez le lire.

Résumé :

Depuis de nombreuses décennies, (suite…)

La découverte d’une nouvelle famille de lépidoptère, inédite depuis les années 1970, a été faite avec la capture d’un petit papillon sur « Kangaroo Island » (Australie). Une équipe australienne, menée par N.P. Kristensen, vient de décrire la famille des Aenigmatineidae. Des études morphologiques et génétiques sur ces spécimens permettent de reconsidérer une grande partie de l’histoire évolutive et de la classification des lépidoptères. L’évolution de ces insectes semble plus complexe que les scientifiques pouvaient le penser auparavant.

Les papillons (Lepidoptera) actuels appartiennent quasi-uniquement (99%) au phylum (groupe) des Hétéroneures : nervation des ailes antérieures et postérieures différentes et associées durant le vol. A l’opposé, les Homoneures possèdent des ailes antérieures et postérieures aux nervures identiques : un caractère primitif considéré comme ancestral.

Les papillons sont regroupés en deux catégories :

  • Les Glossata dont les pièces buccales sont modifiées en « trompe » (proboscis) ayant la faculté de s’enrouler sur elle-même chez les imagos (lire cet article), qui intègrent l’ensemble des hétéroneures, la famille des Neopseustidae et ainsi que le groupe Exoporia ;
  • Les Aglossata qui gardent des mandibules et des mâchoires fonctionnelles non spécialisées à l’état adulte : un trait anatomique ancestral, qui se retrouve chez les Agathiphagidae, les Micropterigidae et les Heterobathmiidae.
Espèce Aenigmatinae glatzella : (a) mâle, (b) femelle sur sa plante hôte, (c) chenille sur plante hôte

Photo 1 : Espèce Aenigmatinea glatzella : (a) mâle, (b) femelle sur sa plante hôte, (c) chenille sur plante hôte (Source : Kristensen et al. (2015) – Opus cité, p.8)

L’intérêt de cette nouvelle espèce, Aenigmatinea glatzella (voir photo ci-contre), est qu’elle présente à la fois des caractères anatomiques ancestraux comme des ailes homoneures, et « modernes » (qui se retrouvent chez les papillons actuels). Les scientifiques ont entrepris des analyses morphologiques et génétiques pour déterminer la place de sa famille au sein de l’arbre phylogénétique et de la classification des lépidoptères.

Ces résultats montrent que Aegnimatinea glatzella est proche phylogénétiquement des Hétéroneures et des familles Acanthopteroctetidae et Neopseustidae (voir illustration 1 en bas de page). 

Morphologiquement, cette espèce, malgré des pièces buccales atrophiées à l’état adulte, présente des caractéristiques propres aux Glossata comme une absence de commissure tritocérébrale libre (zone de liaison entre le proto-cérébron et le deutéro-cérébron, partie antérieure du cerveau de l’insecte), une cuticule des lentilles des ocelles (oeil simple) épaissie et la structure du premier spirale thoracique.

De plus, les chenilles de A. glatzella ont la particularité de (suite…)

Découverte d’un mimétisme acoustique utilisé par les chenilles d’un papillon pour tromper les fourmis et obtenir la nourriture et les soins indispensables à leur développement.

Les fourmilières sont des environnements aux conditions thermiques et d’humidité stables où sont stockés des ressources alimentaires (larves de fourmis, nourriture collectée à l’extérieur…) et qui offrent une protection face à la prédation et aux aléas climatiques.

C’est pourquoi, beaucoup d’espèces d’insectes et autres arthropodes (10 000 espèces ont été recensées) ont évolué pour parasiter les nids de fourmis pour y effectuer au moins une partie de leur cycle de développement. Certaines espèces se nourrissent des larves de fourmis et/ou des stocks présents, et d’autres se font directement nourrir par les ouvrières de la colonie. Dans tous les cas, pour ne pas se faire repérer et déjouer la vigilance des fourmis, les clandestins doivent manipuler le système de communication des fourmis.

Les fourmis communiquent entres elles par un ensemble de signaux chimiques, tactiles et sonores (stridulations). Ces différents signaux sont utilisés par les fourmis pour réguler les comportements sociaux (chasse, soin, nourrissage…) et d’échanger des informations entres elles. Depuis de nombreuses années, les scientifiques ont compris (suite…)

Dans le cadre de mes travaux au Muséum National d’Histoire Naturelle de Paris (MNHN), j’ai eu la chance d’obtenir le financement pour réaliser une mission de recherche sur le site du Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) à Gamboa, Panama.

Des travaux dont certains de mes résultats ont été publiés dans le revue Nature/Heredity (25 mars 2015) : à lire ici.

Localisation géographique de Gamboa, et de la station de recherche du STRI

Localisation géographique de Gamboa, et de la station de recherche du STRI (Google Earth)

Présentation du site :

Gamboa est un village situé sur les rives du canal de Panama, à l’affluence de la rivière Chagres qui alimente le lac Gatun (voir album). Il se trouve à 25km à l’ouest de la capitale, près des réserves naturelles de « Soberania » et de « Camino de Cruces ». Sa situation géographique et son environnement protégé en fait un site exceptionnel pour l’étude, l’observation de la biodiversité.

Le site de recherche est composé de serres à papillons destinées à leur élevage pour des fins scientifiques. L’intérêt est de préserver des stocks de papillons de différentes espèces et leurs plantes-hôtes associées afin que les scientifiques puisse avoir du matériel biologique suffisant, connu et contrôlé, pour mener des études en génétiques, en comportement, en écologie, etc.

Objectif de la mission :

Ma mission de 6 mois avait pour objectif l’élevage et le croisement de 2 formes différentes d’Heliconius hecale, provenant de 2 régions géographiques différentes.

  • Heliconius hecale zuleika : frontière avec la Colombie, récoltée dans la région de « Bocas del Toro », dans l’est du Panama.
  • Heliconius hecale melicerta : centre et ouest du Panama, récoltée sur le site de Gamboa.
H. hecale melicerta (à gauche) et H. hecale zuleika (à droite)

H. hecale melicerta (à gauche) et H. hecale zuleika (à droite)

Afin de constituer nos populations d’élevages, non présentent sur le site du STRI, nous avons séjourné (Mathieu JORON et moi) quelques jours dans la région de Bocas del Toro afin de collecter des individus adultes, mâles et femelles, de la forme zuleika. Il a également fallu collecter sur le site de Gamboa les individus de la forme melicerta.

(suite…)