La plupart des insectes subissent une sorte de processus de transformation au cours de leur cycle de vie afin d’atteindre l’âge adulte -également connu sous le nom de phase imago- (par exemple, les papillons). Ce processus est appelé métamorphose, bien que son essence soit loin de celle de la métamorphose réalisée par les amphibiens. Mais, ne vous êtes-vous jamais demandé pourquoi ils effectuent cette transformation ? Quels sont le sens et l’origine de la métamorphose des insectes ?
Découvrez les différents types de métamorphose, l’origine et le sens de ces transformations à travers cet article.
La métamorphose est un processus biologique par lequel les animaux se développent après la naissance en impliquant d’énormes transformations et/ou restructurations anatomiques (à la fois physiologiques et anatomiques) jusqu’à atteindre l’âge adulte.
Il existe différents groupes d’animaux qui se développent par ce processus, cependant la plupart d’entre eux ne partagent pas l’origine ni la nature de ces transformations. Ainsi, alors que la métamorphose des amphibiens se fait par réorganisation des organes préexistants des jeunes, chez les insectes, il se produit une rupture des tissus et aussi l’apparition de groupes cellulaires totalement nouveaux.
Ecdysis ou mue
D’abord, il faut parler de mue pour comprendre la métamorphose des insectes. Que signifie la mue ? Et pourquoi est-ce un processus essentiel pour les insectes et les arthropodes dans leur ensemble ?
Tout animal régénère d’une certaine manière ses tissus externes, c’est-à-dire les tissus qui sont en contact avec l’environnement et qui protègent l’organisme des pressions extérieures. Par exemple, les mammifères régénèrent périodiquement leurs tissus épidermiques ; beaucoup de reptiles se débarrassent fréquemment de leur peau ; mais, qu’en est-il des arthropodes ?
Les arthropodes, dont font partie les hexapodes (groupe dans lequel on retrouve tous les insectes), sont extérieurement recouverts d’un exosquelette plus ou moins dur. Contrairement aux autres tissus externes des animaux, l’exosquelette ne se détache pas progressivement, et son manque d’élasticité limite la croissance de l’organisme. Cet élément devient donc une barrière qui limite leur taille pendant leur croissance, et c’est pour cela qu’ils doivent le briser et l’abandonner afin de continuer à grandir. Ce type de mue est connu sous le nom d’ecdysis, typique des ecdysozoaires (arthropodes et nématodes).
Regardez cette vidéo d’une cigale qui mue !:
Tous les hexapodes se métamorphosent-ils ?
La réponse est NON. Cependant, il est nécessaire d’approfondir l’explication.
Tous les hexapodes muent pour grandir, mais tous ne subissent pas des changements radicaux pour atteindre l’âge adulte (quand ils deviennent capables de se reproduire). Ainsi, nous pouvons diviser les hexapodes en deux groupes principaux :
HEXAPODS AMÉTABLES (Pas de métamorphose)
Ce groupe comprend les hexapodes traditionnellement connus sous le nom d’Apterygota ou hexapodes sans ailes (hexapodes non insectes -proturanes, dipluranes et colembolas- et insectes sans ailes comme Zygentoma ou également connus sous le nom de Thysanura -par ex. silverfishes ou Lepisma-) et Pterygota ou insectes ailés qui ont subi une perte secondaire de leurs ailes.
Puisqu’ils n’ont pas d’ailes à aucun moment de leur cycle de vie, les phases de jeunesse de ce type d’hexapodes n’ont presque aucune différence avec celles des adultes. Ainsi, le développement des jeunes est simple et ils ne subissent pas d’énormes changements pour acquérir le physique d’un adulte ; c’est-à-dire qu’il n’y a pas de métamorphose à aucun moment de leur cycle de vie. Ce type de développement est également connu sous le nom de développement direct.
Les hexapodes amétaboles peuvent muer des dizaines de fois au cours de leur développement (ex.par exemple 50 fois chez les lépismes argentés, plus ou moins), même lorsqu’ils deviennent sexuellement matures.
Les insectes qui se métamorphosent
Ce groupe comprend les insectes Pterygota ou insectes ailés (sauf ceux qui ont perdu secondairement leurs ailes).
Contrairement à celles qui ont été expliquées ci-dessus, les phases de jeunesse des insectes métamorphes sont très différentes de celles des adultes ; ainsi, après plusieurs mues successives, ils subissent leur dernier changement, par lequel il émerge un adulte ailé capable de se reproduire. Après avoir atteint cette phase, ces insectes deviennent incapables de muer à nouveau.
Types de métamorphose chez les insectes
Ainsi, seuls les insectes Pterygota subissent une véritable métamorphose, grâce à laquelle ils deviennent des insectes ailés et atteignent également la maturité sexuelle. Mais tous ces insectes n’effectuent pas le même type de changement.
Il existe deux grands types de métamorphose : l’hémimétabole (simple ou incomplète) et l’holométabole (complexe ou complète). Quelles sont leurs différences ?
Métamorphose hémimétabole
Dans la métamorphose simple, incomplète ou hémimétabole, les jeunes insectes passent par plusieurs mues successives jusqu’à atteindre le stade adulte (ou imaginal) sans passer par un stade d’inactivité (nymphe) et/ou cesser de se nourrir.
Juste après l’éclosion, on a qualifié le nouveau-né de nymphe, qui ressemble un peu aux adultes (mais ne possédant toujours pas d’ailes ni d’organes sexuels). Habituellement, les phases nymphales et les phases adultes ne partagent pas de sources d’alimentation ni d’habitat, elles occupent donc des niches écologiques différentes ; en fait, la plupart des nymphes ont des habitudes aquatiques et elles vont vivre sur terre après avoir atteint leur maturité (par exemple, les éphémères).
Dans ce type de métamorphose, les nymphes passent par quelques mues successives grâce auxquelles les ailes se forment progressivement et leur organisme devient plus grand. Enfin, les nymphes effectuent leur dernière mue, après quoi l’adulte émerge : un organisme ailé capable de se reproduire.
Regardez ce schéma qui résume ce processus :
Ces insectes sont aussi appelés Exopterygota (du latin exo- = « extérieur » + pteron = « ailes »), car chez ces organismes les ailes se forment progressivement et visiblement à la partie extérieure de leur corps.
Métamorphose holométabole
En termes généraux, elle est considérée comme la métamorphose la plus radicale chez les insectes et aussi probablement la transformation la plus connue par nous tous. L’exemple le plus célèbre est celui effectué par les lépidoptères (papillons de jour et de nuit) ; mais il y a aussi plus d’insectes qui sont holométaboles, comme les coléoptères (scarabées), les hyménoptères (abeilles, guêpes et fourmis) et les diptères (mouches et moustiques).
Dans la métamorphose complexe, complète ou holométabole, les insectes naissent sous forme de larve, c’est-à-dire un stade prématuré qui ne ressemble ni anatomiquement ni physiologiquement à l’adulte. En outre, ils ne partagent pas de sources d’alimentation ni d’habitat, comme c’est le cas des organismes hémimétaboles. Comme chez les insectes hémimétaboles, ces larves subissent des mues successives jusqu’à atteindre la taille suffisante pour subir la métamorphose, lorsqu’elles effectuent leur dernière mue.
Après leur dernier stade larvaire, les larves entrent dans un stade d’inactivité, moment où elles cessent de se nourrir et restent immobiles. Ce stade est connu sous le nom de stade nymphal (lorsqu’elles deviennent une pupe ou une chrysalide chez les papillons). Habituellement, les larves commencent à ressembler aux adultes à la fin de ce stade en raison des modifications anatomiques qui ont lieu et aussi de l’apparition de nouveaux organes et tissus.
Une fois le processus de transformation terminé, les organismes quittent cet état immobile et acquièrent leur forme adulte qui possède des ailes et est totalement mature.
En résumé, le schéma de ce processus pourrait être :
Contrairement aux insectes hémimétaboles, l’apparition des ailes chez les organismes holométaboles a lieu à l’intérieur de leur corps et ne devient visible qu’à la fin du stade nymphal. Pour cette raison, ils sont également connus sous le nom d’Endopterygota (du latin endo-= « à l’intérieur » + pteron= « ailes »).
Origine et fonction de la métamorphose des insectes
Origine : le registre fossile
Les insectes sont, comme nous l’avons abordé dans les articles précédents, l’un des animaux ayant le plus grand succès évolutif. Entre 40% et 60% de toutes les espèces d’insectes sont holométaboles (métamorphose complète), en raison de ce que nous déduisons que la métamorphose holométabole a été positivement sélectionnée au cours de l’évolution de ce groupe. En fait, les archives fossiles suggèrent que ce type de métamorphose n’est apparu qu’une seule fois, donc tous les insectes holométaboles dérivent du même ancêtre.
Selon ces données, les insectes sans ailes ou anciens Apterygota et les premiers insectes ailés étaient amétaboles. Ensuite, tous les insectes ailés ont commencé à développer une sorte de métamorphose hémimétabole au cours du Carbonifère et du Permien (300 Ma). Enfin, les premiers insectes considérés comme holométaboles sont apparus au cours de la période permienne (280 Ma).
Quelle pourrait être la raison de cette sélection positive ?
Dans les derniers paragraphes, nous avons parlé des différentes sources d’alimentation et des habitats des jeunes et des adultes. Le fait que les différents stades de vie d’un même animal exploitent des ressources différentes pourrait empêcher la compétition intra-spécifique (c’est-à-dire la compétition pour les ressources entre organismes de la même espèce). Ce fait signifierait un grand avantage pour ces organismes, de sorte que le développement holométabolique, qui se caractérise par le fait d’être divisé en plusieurs stades très différents, aurait pu avoir plus de succès que l’hémimétabolique ou l’amétabolique.
Donc, nous pouvons dire que le principal sens fonctionnel de la métamorphose pourrait être de minimiser la compétition intraespecífic pour les ressources. Mais il y a encore plus : plus les différents stades d’un insecte sont spécialisés, plus grande serait la chance d’exploiter plus et mieux les ressources. Par exemple, chez les formes parasites, les différences entre les différents stades tendent à être énormes, car les situations difficiles auxquelles ils doivent faire face nécessitent une spécialisation spécifique à chaque moment du cycle de vie.
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Donc, de même que l’apparition des ailes a favorisé l’expansion et la diversification des insectes à l’échelle mondiale, la métamorphose pourrait avoir agi comme un moteur de diversification en augmentant la capacité à exploiter des ressources plus nombreuses et de meilleure qualité.
- Notes de la matière « Zoologie avancée » prise lors de mes études de biologie à l’Universitat Autònoma de Barcelona (UAB).
- Bellés X. (2009). « Origen y Evolución de la Metamorfosis de los Insectos ». Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-UPF), Barcelone.
- Jordán Montés F. (2013). « El universo de los insectos ». Mundi-Prensa Libros, Madrid.
- Los Insectos. Reproducción y Metamorfosis (asturnatura.com).
Photo principale par Steve Greer Photography.
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