dans les années 1830, un naturaliste allemand nommé Renous a été arrêté à San Fernando, au Chili, pour hérésie. Sa demande? Il pourrait transformer les chenilles en papillons. Quelques années plus tard, Renous a raconté son histoire à Charles Darwin, qui l’a noté dans le Voyage du Beagle.,
emprisonner quelqu’un pour avoir affirmé ce qui est aujourd’hui qualifié de connaissance commune peut sembler extrême, mais la métamorphose—le processus par lequel certains animaux transforment brusquement leur corps après la naissance—a longtemps inspiré l’incompréhension et le mysticisme. Les gens savent depuis au moins l’époque de l’Egypte ancienne que les vers et les vers se développent en insectes adultes, mais l’évolution de la métamorphose des insectes reste un véritable mystère biologique encore aujourd’hui., Certains scientifiques ont proposé des contes d’origine bizarres, tels que L’idée de Donald Williamson selon laquelle la métamorphose des papillons résultait d’un accouplement ancien et accidentel entre deux espèces différentes—l’une qui se tortillait le long du sol et l’autre qui voletait dans les airs.
La Métamorphose est un processus vraiment bizarre, mais une explication de son évolution ne nécessite pas de telles théories non fondées (pour une critique de L’hypothèse de Williamson, voir cette étude)., En combinant les preuves des archives fossiles avec des études sur l’anatomie et le développement des insectes, les biologistes ont établi un récit plausible sur l’origine de la métamorphose des insectes, qu’ils continuent de réviser à mesure que de nouvelles informations font surface. Les premiers insectes de l’histoire de la Terre ne se sont pas métamorphosés; ils ont éclos à partir d’œufs, essentiellement sous forme d’adultes miniatures. Entre 280 millions et 300 millions d’années, cependant, certains insectes ont commencé à mûrir un peu différemment—ils ont éclos sous des formes qui ne ressemblaient ni ne se comportaient comme leurs versions adultes., Ce changement s’est avéré remarquablement bénéfique: les insectes jeunes et vieux ne se disputaient plus les mêmes ressources. La métamorphose a été un tel succès que, aujourd’hui, jusqu’à 65% de toutes les espèces animales de la planète sont des insectes en métamorphose.
l’œuf d’une idée
en 1651, le médecin anglais William Harvey publie un livre dans lequel il propose que les chenilles et autres larves d’insectes soient des embryons libres qui abandonnent les « œufs imparfaits » pauvres en nutriments avant leur maturation., Harvey a également soutenu que le cocon ou chrysalide dans lequel une chenille est entrée pendant son stade de pupe était un deuxième œuf dans lequel l’embryon prématurément éclos est né de nouveau. Il a eu l’idée qu’une chenille était une créature et un papillon était une bête entièrement différente.
certaines des idées de Harvey étaient prémonitoires, mais il a surtout mal interprété ce qu’il observait. En 1669, le biologiste néerlandais Jan Swammerdam a rejeté la notion de Harvey de la pupe comme un œuf et le papillon comme un animal différent de la chenille., Swammerdam a disséqué toutes sortes d’insectes au microscope, confirmant que la larve, la pupe et l’insecte adulte étaient des phases dans le développement d’un seul individu, et non de créatures distinctes. Il a montré que l’on pouvait trouver des parties immatures du corps de papillon et de papillon à l’intérieur d’une larve, avant même qu’elle ne tourne un cocon ou ne forme une chrysalide. Dans certaines démonstrations, par exemple, Swammerdam a épluché la peau des vers à soie—le stade larvaire de la teigne de la soie domestiquée (Bombyx mori)—pour révéler les ailes rudimentaires à l’intérieur.,
Aujourd’hui, les biologistes savent que ces structures adultes proviennent de grappes de cellules appelées disques imaginaux, qui se forment d’abord lorsqu’un embryon d’insecte se développe dans son œuf. Chez certaines espèces, les disques imaginaux restent en grande partie dormants jusqu’au stade nymphal, au cours duquel ils prolifèrent rapidement et se développent en pattes, ailes et yeux adultes, en utilisant des cellules larvaires dissoutes comme carburant et blocs de construction. Chez d’autres espèces, les disques imaginaux commencent à prendre la forme de parties du corps des adultes avant que l’insecte ne se nymphose (voir encadré: comment une chenille se transforme-t-elle en papillon?,)
Swammerdam a également reconnu que tous les insectes ne se métamorphosent pas de la même manière. Il a proposé quatre types de métamorphose, que les biologistes ont ensuite distillés en trois catégories. Les insectes amétaboles sans ailes, tels que les poissons d’argent et les soies, subissent peu ou pas de métamorphose. Quand ils éclosent des œufs, ils ressemblent déjà à des adultes, bien que minuscules, et grossissent simplement au fil du temps à travers une série de mues dans lesquelles ils perdent leurs exosquelettes., L’hémimétabolie, ou métamorphose incomplète, décrit des insectes tels que les cafards, les sauterelles et les libellules qui éclosent sous forme de nymphes—des versions miniatures de leurs formes adultes qui développent progressivement des ailes et des organes génitaux fonctionnels à mesure qu’elles muent et grandissent. Holometaboly, ou métamorphose complète, se réfère à des insectes tels que les coléoptères, les mouches, les papillons, les mites et les abeilles, qui éclosent sous forme de larves vermifuges qui finissent par entrer dans un stade de pupe quiescent avant d’émerger comme des adultes qui ne ressemblent en rien aux larves., Les insectes peuvent représenter entre 80 et 90% de toutes les espèces animales, ce qui signifie que 45 à 60% de toutes les espèces animales de la planète sont des insectes qui subissent une métamorphose complète selon une estimation. De toute évidence, ce mode de vie a ses avantages.
Une nouvelle génération
métamorphose complète a probablement évolué à partir d’une métamorphose incomplète. Les insectes fossilisés les plus anciens se sont développés un peu comme les insectes amétaboles et hémimétaboles modernes—leurs jeunes ressemblaient à des adultes. Des fossiles datant de 280 millions d’années, cependant, l’émergence d’un autre processus de développement., À cette époque, certains insectes ont commencé à éclore de leurs œufs non pas comme de minuscules adultes, mais comme des créatures vermifuges avec des corps dodus et de nombreuses pattes minuscules. Dans L’Illinois, par exemple, les paléontologues ont mis au jour un jeune insecte qui ressemble à un croisement entre une chenille et un grillon, avec de longs poils recouvrant son corps. Il vivait dans un environnement tropical et fouillait probablement dans la litière de feuilles pour se nourrir.,
les biologistes n’ont pas déterminé avec certitude comment ou pourquoi certains insectes ont commencé à éclore sous forme larvaire, mais Lynn Riddiford et James Truman, anciennement de L’Université de Washington à Seattle, ont construit l’une des théories les plus complètes. Ils soulignent que les insectes qui mûrissent par métamorphose incomplète passent par une brève étape de la vie avant de devenir des nymphes—le stade pro-nymphal, dans lequel les insectes regardent et se comportent différemment de leurs véritables formes nymphales., Certains insectes passent de pro-nymphes à nymphes alors qu’ils sont encore dans l’œuf; d’autres restent pro-nymphes de quelques minutes à quelques jours après l’éclosion.
peut-être ce stade pro-nymphal, Riddiford et Truman suggèrent, évolué dans le stade larvaire de la métamorphose complète. Il y a peut-être 280 millions d’années, par une mutation fortuite, certaines pro-nymphes n’ont pas réussi à absorber tout le jaune de leurs œufs, laissant une précieuse ressource inutilisée., En réponse à cette situation défavorable, certaines pro-nymphes ont acquis un nouveau talent: la capacité de se nourrir activement, d’avaler le jaune supplémentaire, tout en restant à l’intérieur de l’œuf. Si ces pro-nymphes émergeaient de leurs œufs avant d’atteindre le stade nymphal, elles auraient pu continuer à se nourrir dans le monde extérieur., Au fil des générations, ces insectes infantiles peuvent être restés dans un stade pro-nymphal prolongé pendant des périodes de temps de plus en plus longues, devenant plus vermifuges et se spécialisant dans des régimes alimentaires différents de ceux de leurs adultes—consommant des fruits et des feuilles, plutôt que du nectar ou d’autres insectes plus petits. Finalement, ces pro-nymphes prépubères sont devenues des larves à part entière qui ressemblaient aux chenilles modernes. De cette façon, le stade larvaire de la métamorphose complète correspond au stade pro-nymphal de la métamorphose incomplète., Le stade nymphal est apparu plus tard comme une sorte de phase nymphale condensée qui catapultait les larves tortillées dans leurs formes adultes ailées sexuellement actives.
certaines preuves anatomiques, hormonales et génétiques soutiennent ce scénario évolutif. Anatomiquement, les pro-nymphes ont beaucoup en commun avec les larves d’insectes qui subissent une métamorphose complète: elles ont toutes deux un corps mou, une armure écailleuse et un système nerveux immature. Un gène nommé broad est essentiel pour le stade pupalaire de la métamorphose complète., Si vous éliminez ce gène, une chenille ne forme jamais de pupe et ne devient pas un papillon. Le même gène est important pour la mue pendant le stade nymphal de la métamorphose incomplète, corroborant l’équivalence de la nymphe et de la pupe. De même, les pro – nymphes et les larves ont des niveaux élevés d’hormone juvénile, qui est connue pour supprimer le développement des caractéristiques adultes., Chez les insectes qui subissent une métamorphose incomplète, les niveaux d’hormone juvénile plongent avant que la pro-nymphe ne mue dans la nymphe; dans la métamorphose complète, cependant, l’hormone juvénile continue d’inonder le corps de la larve jusqu’à juste avant sa nymphose. L’évolution de la métamorphose incomplète en métamorphose complète a probablement impliqué un ajustement génétique qui a baigné l’embryon dans l’hormone juvénile plus tôt que d’habitude et a maintenu les niveaux de l’hormone élevés pendant une période inhabituellement longue.,
malgré l’évolution de la métamorphose, le nombre énorme d’insectes en métamorphose sur la planète témoigne de son succès en tant que stratégie de reproduction. Le principal avantage de la métamorphose complète est d’éliminer la concurrence entre les jeunes et les vieux. Les insectes larvaires et les insectes adultes occupent des niches écologiques très différentes. Alors que les chenilles sont occupées à se gaver de feuilles, complètement désintéressées par la reproduction, les papillons volent de fleur en fleur à la recherche de nectar et de partenaires., Parce que les larves et les adultes ne sont pas en concurrence les uns avec les autres pour l’espace ou les ressources, plus de chacun peut coexister par rapport aux espèces dans lesquelles les jeunes et les vieux vivent dans les mêmes endroits et mangent les mêmes choses. En fin de compte, l’impulsion de nombreuses transformations étonnantes de la vie explique également la métamorphose des insectes: la survie.