L'évolution des ailes a non seulement permis aux insectes anciens de devenir les premières créatures sur Terre à s'envoler, mais aussi propulsé leur ascension pour devenir l'une des grandes réussites de la nature, selon une nouvelle étude.

Comprenant jusqu'à 10 millions d'espèces vivantes, les insectes d'aujourd'hui peuvent être trouvés sur les sept continents et habitent toutes les niches terrestres imaginables. Mais selon les archives fossiles, ils étaient rares il y a environ 325 millions d'années, surpassés en nombre par leurs cousins ​​arthropodes les arachnides (araignées, scorpions et acariens) et les myriapodes (mille-pattes et mille-pattes).

Le plus ancien fossile d'insecte confirmé est celui d'un aptère, créature semblable à un poisson d'argent qui a vécu il y a environ 385 millions d'années. Ce n'est qu'environ 60 millions d'années plus tard, pendant une période de l'histoire de la Terre connue sous le nom de Pennsylvanien, que les fossiles d'insectes deviennent abondants.

"Il y a eu pas mal de mystère sur la façon dont les insectes sont apparus pour la première fois, parce que pendant des millions d'années tu n'as rien eu, et puis tout d'un coup une explosion d'insectes, " a déclaré la première auteure de l'étude Sandra Schachat, un étudiant diplômé de la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth).

De nombreuses idées ont été proposées pour expliquer cette curieuse lacune dans les archives fossiles d'insectes, que les scientifiques ont surnommé l'Hexapode Gap.

Selon une hypothèse populaire, la taille et l'abondance des insectes étaient limitées par la quantité d'oxygène disponible dans l'atmosphère terrestre à la fin de la période du Dévonien.

La preuve la plus solide de cette théorie est un modèle d'oxygène atmosphérique au cours des 570 derniers millions d'années que le regretté géologue de Yale Robert Berner a développé en comparant les rapports d'oxygène et de carbone dans les roches et les fossiles anciens.

Selon le modèle de Berner, le niveau d'oxygène atmosphérique il y a environ 385 millions d'années au début de l'Hexapode Gap était inférieur à 15 pour cent, si bas que les feux de forêt auraient été insoutenables. (En comparaison, la concentration d'oxygène atmosphérique d'aujourd'hui est d'environ 21 pour cent.)

Une autre possibilité est que les insectes étaient abondants avant il y a 323 millions d'années, mais n'apparaissent pas dans les archives fossiles car les types de sédiments terrestres capables de les préserver n'ont pas survécu.

Pas d'excuses

Dans la nouvelle étude, publié cette semaine dans la revue Royal Society Proceedings B, Schachat et ses collègues ont testé ces deux arguments - que les insectes à faible teneur en oxygène limitent ou que les roches n'étaient pas adaptées pour préserver les fossiles. D'abord, l'équipe a mis à jour le modèle de Berner vieux de près de dix ans à l'aide de relevés de carbone mis à jour.

Quand ils ont fait ça, la baisse de l'oxygène atmosphérique au cours du Dévonien supérieur disparaît. "Ce que montre cette étude, c'est que l'inhibition de l'environnement par un faible taux d'oxygène peut être exclue car elle n'est pas compatible avec les données les plus récentes, " a déclaré Jonathan Payne, co-auteur de l'étude et paléontologue de Stanford Earth.

Pour tester l'hypothèse des "mauvaises roches", l'équipe a analysé une base de données publique des types de roches nord-américaines pour différentes périodes de l'histoire de la Terre et n'a rien trouvé d'inhabituel dans les sédiments de la fin du Dévonien. "Les roches auraient pu contenir des fossiles d'insectes. Le fait qu'ils n'indiquent pas la pénurie d'insectes pendant cette période est réel et pas seulement un artefact de malchance avec la préservation, " dit Schachat, qui est également membre de la Smithsonian Institution à Washington, DC.

Un effet transformateur

Non seulement les deux explications les plus populaires de l'Hexapode Gap semblent être sans fondement, les scientifiques ont déclaré qu'une étude des archives fossiles d'insectes suggère que l'espace hexapode lui-même pourrait être une illusion.

Dans le cadre de la nouvelle étude, l'équipe a réexaminé les anciens fossiles d'insectes et n'a trouvé aucune preuve directe d'ailes avant ou pendant l'Hexapode Gap. Mais dès que les ailes apparaissent il y a 325 millions d'années, les fossiles d'insectes deviennent beaucoup plus abondants et diversifiés.

"Les archives fossiles ressemblent à ce à quoi vous vous attendriez si les insectes étaient rares jusqu'à ce qu'ils développent des ailes, à quel point ils ont augmenté très rapidement en diversité et en abondance, " dit Payne.

Schachat a déclaré qu'il était remarquable que les deux premiers insectes ailés dans les archives fossiles soient un insecte ressemblant à une libellule et un insecte ressemblant à une sauterelle. Ceux-ci représentent les deux principaux groupes d'insectes ailés :les libellules ont « de vieilles ailes, " qu'ils ne peuvent pas rabattre sur leur abdomen, et les sauterelles ont « de nouvelles ailes, " qui sont pliables.

"Les deux premiers insectes ailés des archives fossiles sont à peu près aussi différents l'un de l'autre qu'on pourrait s'y attendre, " a déclaré Schachat. " Cela suggère que, une fois les insectes ailés apparus, ils se sont très diversifiés, très rapidement. Si vite que leur diversification apparaît, d'un point de vue géologique et les preuves disponibles dans les archives fossiles, avoir été instantané."

De nouveaux créneaux

Être le premier et le seul animal capable de voler aurait été extrêmement puissant. Le vol a permis aux insectes d'explorer de nouvelles niches écologiques et a fourni de nouveaux moyens d'évasion. "Tout à coup, votre abondance peut augmenter parce que vous pouvez simplement vous éloigner de vos prédateurs beaucoup plus facilement, " Schachat a déclaré. "Vous pouvez également manger les feuilles qui sont au sommet d'un arbre sans avoir à marcher tout l'arbre."

Les insectes volants pouvaient également créer des niches qui n'existaient pas auparavant. "Imaginez un insecte omnivore qui vole au sommet des arbres pour se nourrir, " dit Schachat. " Soudain, il y a une niche pour un prédateur qui peut voler jusqu'au sommet de l'arbre pour manger cet insecte. Les ailes ont permis aux insectes d'élargir la suite de niches qui peuvent être remplies. C'était vraiment révolutionnaire."

Alors que la nouvelle étude relie l'évolution du vol à l'ascension des insectes, cela soulève de nouvelles questions sur comment et pourquoi ils ont développé des ailes en premier lieu, a déclaré le co-auteur de l'étude Kevin Boyce, professeur agrégé de sciences géologiques à Stanford Earth. « Au Dévonien, il n'y avait que quelques insectes, tous sans ailes, " Boyce a dit. "Mais vous sortez de l'autre côté et nous avons la fuite. Que s'est-il passé entre les deux ? Bonne question."