Les insectes doivent faire face à un large éventail de facteurs environnementaux pour prospérer - maladie, sécheresse et modifications de l'habitat. Les scientifiques espèrent que l'étude de la biologie et du comportement des insectes pourrait aider les humains à faire face aux problèmes du changement climatique au contrôle des maladies, le travail posté et même le décalage horaire.

L'étude des horloges biologiques chez les plantes et les animaux est connue sous le nom de chronobiologie. Les bogues fournissent un bon modèle de test pour étudier de tels attributs, qui sont importants pour les animaux pour réguler leurs activités, métabolisme et développement sur une base quotidienne et saisonnière. À l'Institut d'entomologie de l'Académie tchèque des sciences, le projet InPhoTime, financé par le Conseil européen de la recherche (ERC) de l'UE, a examiné les rythmes moléculaires qui aident les animaux à lire l'heure.

En octobre, le prix Nobel de physiologie ou médecine 2017 a été décerné conjointement au professeur Jeffrey C. Hall, Le professeur Michael Rosbash et le professeur Michael W. Young pour leurs découvertes de mécanismes moléculaires contrôlant le rythme circadien grâce à l'étude des mouches des fruits.

Dr David Doležel, qui dirige InPhoTime, travaillait avec le professeur Hall pendant son post-doctorat aux États-Unis sur les horloges circadiennes lorsqu'il a eu une idée. "Tous les organismes, y compris les humains et les mouches, avoir une horloge pour savoir à quelle heure il est, " dit-il. " Il est bénéfique pour les organismes de savoir si c'est le matin ou le soir. De la même manière, si nous examinons certains organismes… il est bénéfique d'anticiper les changements saisonniers… en particulier pour les organismes qui dépendent de l'approvisionnement alimentaire et des conditions météorologiques comme les insectes.

L'objectif du Dr Doležel est d'essayer de découvrir une explication moléculaire de la façon dont les insectes mesurent des jours plus courts avant l'hiver grâce à un mécanisme biologique connu sous le nom de minuterie photopériodique.

« Même si la température est encore chaude en août, par exemple, de nombreux insectes ou plantes savent que la saison va bientôt changer, " dit-il. Une telle connaissance informe les animaux qu'il est temps de modifier leur comportement pour l'hiver, les alertant quand entrer en diapause (un état similaire à l'hibernation chez les mammifères) ou quand avoir leurs petits afin qu'ils soient complètement développés avant le gel.

Son équipe étudie le red fire bug robuste, Pyrrhocoris apterus , pour démontrer les mécanismes biologiques qu'ils utilisent pour ce faire. Ils examinent les connexions nerveuses de leurs yeux composés à leur cerveau et montrent comment les gènes contrôlent leur minuteur photopériodique.

"Ils sont suffisamment gros pour que vous puissiez faire de la microchirurgie et après des opérations spécifiques, les insectes vivent encore plus longtemps que les individus non opérés. Et maintenant, nous pouvons effectuer l'édition de gènes à l'aide de CRISPR (un outil d'édition du génome), " a déclaré le Dr Doležel. " Cette combinaison de la physiologie classique des insectes avec des outils récents de génétique moléculaire est ce qui rend notre organisme modèle attrayant. "

"La semaine dernière, nous avons obtenu les premiers mutants, où nous avons changé la base de l'horloge circadienne afin que le bogue suppose que la journée dure 22 heures au lieu de 24."

Variations de gènes

Les chercheurs prévoient également de modifier les gènes des insectes pour montrer les voies utilisées par leurs minuteries photopériodiques, ainsi que confirmer que les variations génétiques dans leurs habitats respectifs influencent le comportement saisonnier.

Les punaises de feu sont des sujets idéaux car elles ne volent pas et se trouvent dans des environnements remarquablement différents. Le Dr Doležel s'attend à ce que les insectes qui vivent sous le soleil de minuit en Scandinavie aient des variantes de gènes (allèles) différentes de celles de leurs cousins ​​plus au sud. Ils peuvent ensuite tester l'implication génétique dans le minuteur photopériodique en éditant des gènes spécifiques d'insectes provenant de différentes régions.

"Si vous trouvez des variantes génétiques qui sont fonctionnellement impliquées chez les insectes dans différentes populations, leur permettant essentiellement de vivre dans le nord de l'Europe et le sud de l'Europe - des environnements différents - cela pourrait être une information assez intéressante qui pourrait expliquer certaines variations génétiques chez l'homme, " il a dit.

La variabilité génétique peut expliquer pourquoi certaines personnes ont de graves problèmes de décalage horaire et de changement de saison, tandis que d'autres n'en ressentent pratiquement aucun effet.

Insectes sociaux

Tout comme la façon dont les villes humaines ont des services de santé pour surveiller les épidémies, les insectes sociaux tels que les fourmis et les abeilles qui vivent à proximité doivent prendre des mesures spéciales pour empêcher les épidémies de maladies de décimer leurs colonies. Vivre en groupes sociaux, qu'il soit humain ou insecte, conduit à un risque plus élevé de propagation de la maladie.

Le Dr Sylvia Cremer a étudié la défense coopérative contre les maladies chez les fourmis de jardin, Lasius négligé , dans le projet SOCIALVACCINES financé par l'ERC à l'Institut des sciences et technologies d'Autriche (IST Autriche). Elle a découvert que les fourmis ont développé une défense collective en plus de l'immunité individuelle pour créer une « immunité sociale » contre les infections.

Les fourmis charognards d'animaux morts ou la recherche de nourriture dans le sol font de l'infection fongique une menace courante. Quand les fourmis reviennent de la recherche de nourriture, elle a trouvé, ils reçoivent un bilan de santé des autres membres de leur colonie.

"Vous devez imaginer qu'ils reviennent au nid couverts de spores en poudre. Alors ce que font les autres, c'est utiliser leurs pièces buccales pour éliminer toutes ces particules infectieuses et appliquer leur venin (acide formique) sur les spores dont ils ne peuvent pas se débarrasser. , pour empêcher leur germination."

Docteur Cremer, un biologiste évolutionniste, se demandait pourquoi les fourmis prenaient le risque de s'infecter elles-mêmes pour aider à désinfecter leurs collègues.

"Nous avons constaté qu'en effet, il y a beaucoup de transfert d'agents pathogènes qui se produisent pendant ces soins sanitaires, mais que le système immunitaire des compagnons de nid individuels peut le gérer, car il augmente leur réponse immunitaire, " dit-elle. " Cela les protège des défis ultérieurs du même agent pathogène. "

Il fonctionne à peu près de la même manière que les sociétés humaines développent une immunité collective en vaccinant les enfants contre certaines maladies.

"Quand on y pense, il est tout à fait logique que les groupes sociaux aient développé de nombreux systèmes de santé sophistiqués parce qu'ils courent une menace beaucoup plus grande de propagation de la maladie, ", a déclaré le Dr Cremer.

Pourrait-il y avoir des leçons sur le comportement de santé sociale des fourmis pour les humains ?

"Parfois, vous prenez des décisions en matière de soins médicaux qui ne sont peut-être pas les meilleures au niveau de la population, ", a-t-elle déclaré. "Par exemple, vous traiteriez un patient avec tous les antibiotiques présents même si, au niveau de la population, cela augmente le risque de résistance aux antibiotiques."

De nombreux insectes sont également menacés pour leur santé par les chocs climatiques comme la sécheresse ou les intempéries.

Le Dr Inon Scharf a examiné comment les insectes évoluent pour s'adapter à de tels chocs et au changement climatique dans le cadre du projet CLIMINSECTS financé par l'UE à l'Université de Tel Aviv en Israël.

Taille du corps

"L'idée est, que lorsque les températures augmentent, la taille corporelle des vertébrés devrait diminuer et cela est dû à une règle biologique appelée règle de Bergmann, " a déclaré le Dr Scharf. "C'est lié à la perte de chaleur des organismes. Si vous êtes petit, vous pouvez perdre de la chaleur plus rapidement que si vous êtes grand, et c'est pourquoi il vaut mieux être petit là où il fait chaud." Cela se voit avec la taille des animaux, principalement des oiseaux et des mammifères, diminue au fur et à mesure que la terre se réchauffe.

Il était curieux de savoir si la même chose serait vraie pour les insectes et les coléoptères en particulier, en raison de leur similitude - environ 25 % de toutes les espèces animales non microscopiques sur terre sont des coléoptères.

"Nous avons mesuré quelques milliers de coléoptères de 30 espèces. Nous voulions voir s'ils étaient d'accord avec ce qui est trouvé sur la taille corporelle chez les vertébrés … et nous n'avons trouvé aucune telle tendance. Ainsi, les coléoptères ne diminuent pas avec l'année de collecte, " dit-il. " D'autres facteurs, telles que les conditions locales et la nourriture disponible ne sont probablement pas moins importantes que le climat. »

Il a découvert que l'effet de la température sur les coléoptères de la farine, comme organisme modèle pour les expériences, n'est pas simple et diffère selon l'étape de la vie au cours de laquelle ils sont exposés au stress.

"Si nous exposons les adultes à de basses températures, ils réagissent mieux à d'autres épreuves… ils s'acclimatent, " dit le Dr Scharf. " Mais si vous les exposez à des températures froides en tant que larves, ils réagissent moins bien que les adultes aux températures froides. Donc, en fait, les élever sous des températures plus chaudes améliore leur tolérance au froid. »

Il a également découvert que s'acclimater aux chocs froids aide les coléoptères à résister plus longtemps à d'autres stress comme la famine ou la chaleur excessive.

"C'est surprenant... qu'il n'y ait pas d'acclimatation au stade juvénile, seulement le stade adulte. L'augmentation des températures peut même les aider plus tard, " il a dit.

Cela pourrait être important pour comprendre comment le changement climatique et la hausse des températures dans l'environnement pourraient renforcer ou perturber les cycles de vie des insectes, avec des implications pour l'agriculture et la lutte antiparasitaire.