Les plantes qui contiennent ces alcaloïdes ont clairement indiqué qu'elles ne voulaient pas être consommées, mais cela n'a pas dissuadé les papillons bella (Utetheisa ornatrix). Ces papillons nocturnes se nourrissent exclusivement des feuilles et des graines chargées d'alcaloïdes des plantes à hochets. Ils utilisent ensuite la toxine pour protéger leurs œufs et dissuader les prédateurs à des stades ultérieurs de leur vie. Ils l'utilisent même pour fabriquer des phéromones qui attirent les partenaires.

La manière exacte dont les papillons bella et les espèces apparentées ont développé leur capacité à consommer en toute sécurité des alcaloïdes pyrrolizidine reste inconnue.

Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences , des chercheurs ont séquencé le génome du papillon bella, qu'ils ont utilisé pour identifier des gènes spécifiques susceptibles de conférer une immunité contre ces toxines.

Ils ont également séquencé les génomes de 150 spécimens de musée, certains vieux de plus d'un siècle, pour déterminer l'origine des papillons bella et de leurs proches parents. Enfin, ils ont examiné les données génétiques à la recherche d'indices qui pourraient aider à expliquer comment les motifs complexes des ailes des papillons bella ont évolué au fil du temps. Il s'agit de la première étude sur des papillons nocturnes ou des papillons qui a fait cela en utilisant des spécimens secs de collections de musées.

"Nous avons réussi à montrer que vous pouvez utiliser des spécimens de musée pour répondre à des questions génétiques qui nécessitent normalement des techniques de laboratoire compliquées", a déclaré le co-auteur de l'étude Andrei Sourakov, coordinateur des collections au Centre McGuire pour les lépidoptères et la biodiversité du Musée d'histoire naturelle de Floride. "Cela ouvre une fenêtre pour de futures recherches de ce type."

Sourakov étudie les papillons bella depuis 15 ans et a déclaré que le séquençage du génome de cette espèce était la prochaine étape naturelle des recherches qu'il a menées jusqu'à présent. La plupart des connaissances qu'il a acquises au cours de cette période proviennent de son travail avec des étudiants du premier cycle et du secondaire, qu'il a aidés à mener de courtes expériences, à analyser des données pour des expo-sciences et à interpréter les résultats dans des articles évalués par des pairs.

Dans l'un de ces projets, un étudiant a entrepris de déterminer la durée de vie moyenne des papillons bella adultes et est tombé par hasard sur le Mathusalem du monde des papillons.

"À notre grande surprise, ils peuvent vivre jusqu'à 50 jours, soit quatre à cinq fois plus longtemps que la moyenne des papillons de nuit", a déclaré Sourakov.

La longévité n’est pas un trait d’une importance cruciale chez la plupart des espèces de papillons nocturnes. Beaucoup se reproduisent une fois, puis meurent peu de temps après, soit par sénescence, soit par prédation. Mais les papillons bella ne sont pas limités par ces derniers, ce qui rend plus probable que les gènes conférant une longévité accrue soient bénéfiques et transmis à la génération suivante.

"Il est logique que quelque chose qui est chimiquement défendu vive plus longtemps, car même s'il est attrapé, le prédateur lâche le plus souvent et le papillon peut continuer à voler."

Les papillons bella vivent dans une grande partie de l’est de l’Amérique du Nord, de l’Amérique centrale et des Caraïbes et sont souvent actifs pendant la journée. Plutôt que d’utiliser l’obscurité comme linceul pour éviter les prédateurs, les papillons bella mettent un point d’honneur à être vus. Leurs ailes sont habillées d'écailles éclatantes de rose, de perle, d'onyx et de jaune soufre, que les oiseaux et les insectes carnivores peuvent facilement repérer de loin. Tout prédateur assez malchanceux pour attraper un papillon bella corrige rapidement son erreur.

"Les araignées bananes les couperont de leurs toiles", a déclaré Sourakov, ajoutant que les araignées-loups et les oiseaux feront tout leur possible pour les éviter. "Une fois attrapés, ils produisent un liquide moussant au mauvais goût, composé presque entièrement d'alcaloïdes."

Lorsqu'elles sont prêtes à s'accoupler, les femelles libèrent un panache d'alcaloïdes en aérosol provenant des plantes qu'elles mangeaient comme chenilles. Les mâles sont attirés par cette odeur qu’ils suivent jusqu’à sa source. Là, ils accomplissent un rituel court mais élaboré au cours duquel ils touchent doucement la tête de la femelle avec deux structures duveteuses et rétractables qui ressemblent fortement à des pissenlits. Chaque filament de ces structures est mélangé à des alcaloïdes pyrrolizidine.

Si la femelle décide que le mâle a stocké une quantité et une qualité suffisantes d’alcaloïdes, le couple s’accouplera. Une fois terminé, le mâle laisse derrière lui un cadeau d'adieu appelé spermataphore, qui contient du sperme et davantage d'alcaloïdes. La femelle utilisera cela ainsi que les alcaloïdes de sa propre réserve pour infuser des toxines dans les œufs résultants. Ce type de protection biparentale des œufs chez les insectes est rare. En fait, lorsqu'il a été observé pour la première fois en 1989 parmi les adultes du papillon bella, il s'agissait du seul exemple connu d'un papillon mâle ou d'un papillon ayant investi des ressources chimiques dans sa progéniture.

Les papillons Bella sont capables d'éviter les effets néfastes des alcaloïdes pyrrolizidine en utilisant une enzyme spéciale qui oxyde la molécule, la rendant inoffensive. Cependant, si un prédateur mange un papillon de nuit, le processus est inversé et l'alcaloïde retrouve sa puissance.

Les alcaloïdes pyrrolizidine ont probablement d’abord évolué comme mécanisme de défense chez les plantes, qui sont ensuite devenus une denrée pour les papillons nocturnes. Sourakov et ses collègues voulaient savoir comment les papillons bella avaient acquis cette enzyme détoxifiante et comment ils la maintenaient à travers une course aux armements de plusieurs millions d'années entre la plante et le papillon.

Les auteurs ont découvert que les papillons bella possèdent non pas une mais deux copies du gène qui code pour leur enzyme détoxifiante unique. Ils peuvent avoir acquis le second grâce à un processus de duplication génétique, par lequel d'autres espèces, y compris de nombreuses plantes, ont développé de nouveaux traits.

Ils ont également découvert deux copies d’un gène partiellement impliqué dans la production et la défense des antioxydants. Sourakov soupçonne que ces gènes pourraient être liés à la fois à la capacité des papillons bella à détoxifier les alcaloïdes et à leur remarquable longévité.

"Certains types de stress sur les systèmes biologiques entraînent une durée de vie plus longue. Il se pourrait que l'interaction des papillons bella avec les alcaloïdes soit non seulement la raison pour laquelle il est logique qu'ils vivent longtemps, mais aussi l'un des mécanismes sous-jacents. "