Le long des rivières et des ruisseaux du monde entier, les éphémères sont un rite du printemps. Les insectes de la taille d’un moustique mènent une double vie, les jeunes prospèrent dans l’eau et les adultes émergent par millions vers juin pendant quelques heures seulement pour s’accoupler et mourir rapidement. Il peut y en avoir tellement qu’ils obstruer la circulation, rendre les routes glissantes et même créer un désordre malodorant.
Maintenant, en séquençant le génome d’une espèce d’éphémère remarquable, dont les mâles ont une deuxième paire d’yeux pointés vers le ciel, les chercheurs ont appris comment les jeunes aquatiques se transforment en adultes aéroportés. Ils ont également découvert de nouveaux indices sur la façon dont tous les insectes ont évolué pour voler en premier lieu.
La quantité d’informations tirées de l’étude est impressionnante, déclare Craig Macadam, entomologiste à l’organisation britannique de conservation des insectes à but non lucratif Buglife. « Cela montre vraiment qu’une fois que nous connaissons la constitution génétique d’une espèce, nous pouvons commencer à travailler énormément sur [it]. »
En raison de leur nombre, les éphémères sont une nourriture importante pour les oiseaux, les poissons et les mammifères. Ils passent la majeure partie de leur vie sous l’eau à manger des morceaux de feuilles mortes et d’autres matériaux. Lorsque la température se réchauffe à la fin du printemps, le jeune musclé, qui ressemblent à des crevettes miniatures à six pattes, sortent de l’eau et se muent en de délicats adultes à deux ou quatre ailes. Les pêcheurs à la mouche se précipitent vers les ruisseaux lorsque les adultes émergent parce qu’ils savent que le poisson va mordre.
Les larves d’éphémères aquatiques se transforment plus tard en adultes ailés.
Isabelle Almudi
Les biologistes évolutionnistes sont intrigués par les éphémères parce qu’eux et leur cousine, la libellule, appartiennent à une branche en évolution précoce de l’arbre généalogique des insectes ; en effet, ils ressemblent encore beaucoup aux premiers insectes aéroportés.
Cependant, obtenir un génome de haute qualité à partir d’un petit insecte est difficile. Les scientifiques doivent combiner l’ADN de plusieurs individus, et chaque insecte individuel a un génome légèrement différent. Donc, avant qu’ils ne puissent séquencer l’éphémère Serrures de diptères, Isabel Almudi et Fernando Casares, biologistes intégrateurs du Centre andalou de biologie du développement et ses collègues ont dû trouver comment reproduire cette espèce en laboratoire. Cela leur a permis de séquencer le génome, puis de mesurer l’activité des gènes à tous les stades de la vie et dans une variété de tissus, une première pour les éphémères.
Il y a eu plusieurs surprises. D’une part, les mâles ont deux protéines de détection de lumière supplémentaires appelées opsines qui manquent aux femelles. Ces opsines détectent la lumière bleue et ultraviolente et sont actives dans la deuxième paire d’yeux, aidant peut-être l’homme à voir les femmes au-dessus de lui, spécule l’équipe.
La plus grande nouvelle, cependant, est venue de l’activité génétique des branchies de l’éphémère juvénile. Une fois pensés pour être utilisés uniquement pour absorber de l’oxygène, les branchies des éphémères semblent également être une sorte de nez. Almudi et son équipe ont découvert un nombre inhabituellement élevé de protéines impliquées dans l’odorat et le goût dans ce tissu, rapportent-ils dans Communication Nature.
Les mâles de cette espèce d’éphémère ont une paire d’yeux supplémentaire.
Isabelle Almudi
La découverte « peut nous aider à mieux comprendre comment les éphémères perçoivent leur environnement », dit Macadam. Ces protéines supplémentaires peuvent également aider les éphémères à coordonner leur transformation de masse en adultes, suggère Yoshi Tomoyasu, biologiste de l’évolution à l’Université de Miami.
Alors qu’ils démasquaient des gènes actifs dans le développement, les chercheurs ont découvert plusieurs dans les branchies d’éphémères juvéniles qui jouent également un rôle dans le développement des ailes adultes.
Les ailes d’insectes sont une innovation évolutive majeure, et leur origine a été vivement débattue. « La découverte d’une programmation génétique commune entre les branchies et les ailes est un autre élément permettant de comprendre les origines déroutantes des ailes d’insectes et du vol », explique Luke Jacobus, un entomologiste à l’Université Purdue qui dirige un site web éphémère.
Certains biologistes pensent que les ailes ont d’abord évolué comme une extension de la paroi corporelle, tandis que d’autres pensent qu’elles ont évolué à partir de pattes anciennes. On pense que les branchies de l’éphémère proviennent du haut des pattes. Ainsi, la découverte d’une activité génique similaire dans les ailes et les branchies « fournit le premier support génomique » à l’idée que les ailes et les branchies ont évolué au moins en partie à partir des pattes, explique Tomoyasu. Mais, dit Macadam, « que cela signifie que les ailes sont dérivées des branchies est encore discutable. »
Jacobus considère le génome de l’éphémère et ces premières découvertes comme une première étape. « J’espère que cette étude stimulera davantage de travaux sur les éphémères », dit-il. Ils « ont un potentiel inexploité », dit-il, pour comprendre comment tous les insectes ont évolué.
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