Ailes de papillons de nuit : sept ans d'expériences révèlent un mécanisme évolutif insoupçonné

En modifiant la chimie du développement de deux espèces de papillons de nuit géants, un chercheur du musée de Floride a réussi à transformer leur apparence et, pour la première fois, la forme même de leurs ailes. Une découverte qui éclaire la manière dont l'évolution peut remodeler les défenses des insectes sans inventer de nouveaux gènes.

C'est une histoire de patience et de surprise. Pendant sept ans, Andrei Sourakov, coordinateur des collections de lépidoptères au Florida Museum of Natural History et professeur associé à l'université de Floride, a élevé à la main plus de 700 papillons de nuit des espèces luna (Actias luna) et polyphemus (Antheraea polyphemus), de l'œuf à l'âge adulte. Son objectif initial : comprendre si les motifs des ailes pouvaient être modifiés en intervenant sur des signaux chimiques précis. Les résultats, publiés dans Evolution & Development, ont dépassé ses attentes.
Une expérience de longue haleine

Pour orienter le développement des ailes, Sourakov a utilisé deux molécules : l'héparine et le dextran sulfate. Toutes deux sont des polysaccharides sulfatés, c'est-à-dire des sucres complexes portant des groupes sulfate, qui augmentent l'activité d'une famille de protéines appelées Wnt, impliquées dans la signalisation du développement.

Il a administré de minuscules quantités de ces composés juste avant et après la pupaison — le moment où la chenille se transforme en adulte et où les motifs des ailes se déterminent. Pendant deux ans, les traitements n'ont produit aucun changement visible. Il a fallu ajuster patiemment les concentrations et le calendrier des doses.

La première surprise : la forme, pas le motif

C'est finalement un spécimen de papillon luna qui a tout changé. Ses queues alaires arrière étaient plus larges que celles de tous les individus qu'il avait élevés auparavant. « Je me suis dit : c'est très bizarre. Peut-être que les gènes normalement responsables des motifs sont ici responsables de la forme, car c'est apparemment la seule chose qui a été transformée », raconte-t-il.

Cette observation était inédite : c'était la première fois que la forme des ailes était modifiée expérimentalement chez un lépidoptère, le groupe qui comprend tous les papillons de nuit et de jour.

Des yeux qui passent inaperçus aux yeux qui menacent

En affinant le calendrier des injections, Sourakov a ensuite obtenu des changements à la fois sur la forme et sur les motifs. Chez le polyphemus, les bordures jaunes autour des deux ocelles en forme de citron se sont épaissies, les écailles brunes sont devenues blanches, et les bordures noires des ocelles arrière se sont élargies. Chez le luna, les ocelles ronds ont pris un aspect « plissé », avec d'épais contours sombres évoquant du mascara, transformant des marques discrètes en un signal bien visible.

Autrement dit, un papillon de nuit camouflé en feuille peut devenir un papillon de nuit aux yeux menaçants par un simple changement d'intensité d'un signal chimique, sans qu'aucun nouveau gène n'apparaisse.

« Ce qui m'étonne, et ce que j'ai appris de cette étude, c'est la facilité avec laquelle ces caractéristiques passent d'un état à l'autre. Ils y parviennent sans grandes inventions, simplement en dilatant ou en contractant des éléments existants au point que les ocelles semblent complètement différents. Il suffit d'une légère augmentation de la quantité de certains composés au bon moment », résume Sourakov.

Papillons de nuit et de jour : des chemins évolutifs distincts

L'étude apporte aussi un éclairage sur une question ancienne : les ocelles des papillons de nuit et ceux des papillons de jour ont-ils une origine commune ? Les ocelles occupent des positions différentes sur les ailes, ce qui suggère une évolution indépendante. Les réponses opposées à l'héparine confirment cette hypothèse : chez les nymphalidés, la plus grande famille de papillons de jour, l'héparine administrée tôt supprime les ocelles, alors que chez les papillons de nuit géants, elle les agrandit. Deux mécanismes distincts pour un résultat visuel similaire.

Le mystère des queues alaires

Reste une énigme : pourquoi la forme des ailes change-t-elle chez les papillons de nuit, mais pas chez les papillons de jour traités de la même manière ? Sourakov avance une explication. Les ailes des lépidoptères se dessinent par un processus de mort cellulaire programmée le long des futures bordures — une sorte de « découpe » moléculaire. Une protéine appelée Wingless contrôle la taille des compartiments alaires et répond à l'héparine. Or, chez la plupart des espèces, ce gène est inactif au moment où les ocelles se forment. Chez le luna, il pourrait être réactivé ou recruté pour façonner les longues queues, comme cela a été suggéré pour les petits appendices des papillons pipevine.

Une adaptation rapide possible

Cette plasticité a une portée évolutive. Si le camouflage d'un papillon luna cessait de le protéger, des mutations rendant ses ocelles plus visibles pourraient être favorisées par la pression des oiseaux prédateurs. En principe, son apparence pourrait basculer en quelques générations seulement.

« Si vous êtes un petit oiseau ou un écureuil, vous réfléchirez à deux fois avant d'attaquer, dans l'obscurité de la forêt, quelque chose qui ressemble aux yeux d'un hibou. Les papillons sont des maîtres de ces tromperies », conclut Sourakov.