des ailes brisent un dogme scientifique

Combien d'ailes a une coccinelle ? Quatre ! Deux sont effectivement utilisées pour le vol et deux autres sont transformées en élytres rigides qui protègent les deux premières lorsqu'elles sont repliées (la coque rouge à points noirs). En cela, la coccinelle est conforme au plan général d'organisation des insectes : trois parties (tête, thorax et abdomen), deux antennes, six pattes et deux paires d'ailes au plus, parfois modifiées (balanciers chez les mouches), voire éliminées (chez les puces et les poux). On imaginait ce schéma incontournable. Ce n'est pas le cas. Nicolas Gompel et Benjamin Prud'homme, de l'Institut de biologie du développement de Marseille-Luminy (CNRS/Université d'Aix-Marseille 2) ont montré, avec leurs collègues, que les membracides, des cousins de la cigale, ont trois paires d'ailes ! Les appendices supplémentaires sont notablement transformés et constituent des casques aux rôles variés et aux formes exubérantes.

Les membracides sont des insectes suceurs de sèves que l'on trouve surtout en Amérique du Sud, mais aussi sur les autres continents. On connaît par exemple quatre espèces européennes. Ces animaux se distinguent par des casques qui évoquent, selon les espèces, des feuilles mortes, des épines, des déjections d'oiseaux, des fourmis en posture d'attaque, des guêpes... À cette diversité morphologique correspond autant de rôles possibles : intimidation des prédateurs, camouflage, etc. Quelle est l'origine évolutive de cette structure ?

En se fondant sur l'exemple des scarabées rhinocéros, les entomologistes voyaient dans le casque une excroissance du pronotum, le premier segment du thorax. Cependant, un examen minutieux a révélé qu'il est relié au corps par des articulations complexes (un assemblage de cuticule flexible et rigide), une de chaque côté de l'animal. Or ce type de configuration est semblable à celle qui relient les ailes aux deuxième et troisième segments du thorax. Le casque serait donc une troisième paire d'ailes : une innovation évolutive inédite !

Des analyses du développement des nymphes ont montré que le casque croît à partir de deux ébauches latérales qui se rejoignent ensuite et fusionnent au-dessus du dos. Des détails anatomiques, tel un réseau de veines (comparable à celui que l'on distingue sur une aile de mouche) couvrant l'ensemble font du casque l'homologue des ailes.

Cette homologie se retrouve dans le programme génétique qui préside à la formation des ailes et du casque. En effet, les biologistes ont mis en évidence dans le développement du casque plusieurs gènes, tel Nubin,Distal-less et Homothorax, connus pour participer spécifiquement au développement de l'aile.

Ces résultats génétiques et anatomiques font bien du casque une troisième paire d'aile. Pour expliquer cette modification du plan général des insectes, on doit remonter à l'origine de ces animaux. Selon les archives fossiles, les premiers insectes, datés de 350 millions d'années, avaient des ailes ou des appendices apparentés sur tous leurs segments. Puis, ces organes ont été restreints aux seuls deuxième et troisième segments du thorax. Cette évolution résulte de l'activité de gènes dits Hox qui répriment la formation d'ailes dans tous les segments exceptés deux. En particulier, le gène Src empêche le développement des ailes dans le premier segment du thorax. Chez les membracides, cette inhibition ne fonctionnerait plus (le gène Src est actif, mais les gènes en aval n'y seraient plus sensibles) et aurait autorisé le développement du casque, il y a 40 millions d'années. Non assujetti au vol (les autres ailes y pourvoient), il a été « libre » d'évoluer sans contrainte, ce qui explique l'exubérance des casques observés aujourd'hui.