Que sont les collemboles et pourquoi les humains n’existeraient-ils pas sans eux ?

À une époque révolue, où la Terre était chaude et humide, la vie marine prospérait. La mer regorgeait de premiers calmars, de poissons ressemblant à des anguilles et de vers marins, tous chassant de plus petits animaux marins, comme les collemboles.

Pourtant, en surface, la vie ne s’était pas encore aventurée. Tel était l’état de notre planète il y a environ 450 millions d’années, à la fin de l’Ordovicien.

Les océans chauds offraient un refuge idyllique aux créatures marines, mais le changement était imminent. Les masses terrestres autrefois douces de la Terre ont commencé à geler, alors qu’une vaste calotte glaciaire s’étendait progressivement à sa surface.

Les eaux auparavant hospitalières se sont transformées en habitats froids et impitoyables. En peu de temps, notre monde a été témoin du deuxième pire événement d’extinction massive. La moitié de toutes les espèces connues ont été anéanties.

Les collemboles sont partout

Cependant, contre toute attente, le collembole est devenu un survivant. Ces créatures ressemblant à des insectes sont minuscules, la plus grande d’entre elles ne mesurant que six millimètres. D’un simple coup d’œil, vous pourriez les confondre avec un insecte de jardin, mais ils commandent une branche évolutive unique.

Plus de 9 000 espèces de collemboles ont été identifiées et leurs habitats vont des sols des jardins au feuillage des forêts denses. Il est intéressant de noter qu’ils tirent leur nom d’une queue fourchue, également connue sous le nom de furcula, qui leur permet de sauter jusqu’à 10 centimètres de haut lorsqu’ils sont menacés, un exploit remarquable pour une si petite créature.

Au milieu de la liste toujours croissante de leurs caractéristiques fascinantes, les collemboles ont une autre adaptation impressionnante : les protéines antigel.

Petits animaux et protéines antigel

Une nouvelle étude fascinante menée par des chercheurs de l’Université d’Aarhus et de l’Université Queen’s au Canada suggère que le collembole pourrait avoir été le premier animal à produire des protéines antigel. Avant cette découverte, le consensus scientifique était que les animaux ne développaient cette capacité que bien plus tard.

« Nous savions que les protéines antigel s’étaient développées indépendamment les unes des autres à plusieurs reprises au cours de l’histoire de l’évolution. Les poissons en ont. Les insectes en ont. Certaines araignées en ont. Mais avant de voir ces résultats, nous ne savions pas qu’ils s’étaient développés si tôt dans le monde animal », explique le professeur Martin Holmstrup du département d’écosciences de l’université d’Aarhus.

Comment trouver des collemboles

Martin Holmstrup et ses collègues ont collecté des collemboles du Danemark, d’Islande et du Groenland pour leur laboratoire. Les trouver n’est pas difficile. Vous pourriez même les découvrir dans votre jardin. Voici comment:

1. Prenez une poignée de terre ou de feuillage de votre jardin et mettez-la dans une passoire.
2. Placez une lampe réglable au-dessus du tamis et placez un plateau en dessous.
3. La chaleur de la lampe pousse les collemboles à rechercher un environnement plus frais, les faisant tomber à travers le tamis. Vous pourrez alors les observer se démener dans le plateau.

Ce que les chercheurs ont appris

Holmstrup, qui supervise près de 20 espèces de collemboles dans son laboratoire, a envoyé des échantillons à ses collègues canadiens pour déterminer quand ces créatures ont développé pour la première fois la protéine antigel. Grâce à la technologie de séquençage de l’ADN, l’équipe a recherché des séquences associées à la production de protéines antigel chez un large éventail d’espèces.

Leurs découvertes ? La mutation génétique conduisant à la genèse de la protéine antigel s’est produite au cours de la période ordovicienne.

« Les calculs montrent que les collemboles ont développé la protéine antigel bien avant les autres animaux. Cela ne s’est produit pour les poissons et les insectes qu’un million d’années plus tard. Bien que les plantes et les micro-organismes, tels que les bactéries et les algues unicellulaires, aient pu développer un mécanisme similaire encore plus tôt », ajoute Holmstrup.

Les collemboles sèchent comme des raisins secs

Bien que ces protéines soient vitales, les collemboles disposent d’un autre mécanisme de survie. Pour protéger leurs cellules du gel, ils subissent une forme d’hibernation et se dessèchent complètement. Dans cet état, leur métabolisme chute à des niveaux presque indétectables.

« Vous pouvez les comparer à un raisin qui sèche en un raisin sec selon un processus qui rappelle la lyophilisation. Les collemboles rétrécissent et deviennent de petites créatures ridées en hiver. Et puis, lorsque le printemps arrive, ils absorbent l’eau et reprennent leur taille normale », explique Holmstrup.

Protéines antigel et industrie agroalimentaire

Le concept de protéines antigel est apparu pour la première fois au milieu du 20e siècle. Pendant des années, les scientifiques ont été perplexes quant à la façon dont les poissons arctiques pouvaient prospérer dans des eaux glacées qui, en se basant uniquement sur la température, auraient dû les geler. Il faudra attendre la fin des années 1960 pour que le chercheur américain Arthur DeVries identifie ces protéines chez les poissons arctiques, notant leur capacité à empêcher la formation de glace au sein de leurs cellules.

Aujourd’hui, les implications de ces protéines vont au-delà de notre compréhension de la survie évolutive. L’industrie agroalimentaire, notamment dans le secteur du surgelé, s’y intéresse vivement.

Holmstrup partage : « Les gènes qui codent pour les protéines antigel du poisson ont été copiés dans des cultures de cellules de levure industrielles. Cela permet à la levure de produire des protéines très utiles, qui peuvent ensuite être ajoutées à différents aliments.

Par exemple, des entreprises comme Unilever ont intégré ces protéines dans les glaces, ce qui permet d’obtenir des textures améliorées et un processus de congélation-décongélation amélioré. Mais les applications potentielles ne s’arrêtent pas là.

Comme le conclut Holmstrup : « À plus long terme, cet effet pourrait être utilisé dans le cadre de la cryoconservation des organes transplantés. D’autres industries, comme celles de l’aérospatiale et des éoliennes, ont également expérimenté les protéines. Ils espèrent que les protéines pourront protéger les ailes du gel et devoir être dégivrées.

En comprenant le triomphe évolutif du collembole, nous obtenons non seulement un aperçu du riche passé de notre planète, mais nous nous inspirons également des avancées technologiques de notre avenir.

En savoir plus sur la période ordovicienne

Plongez profondément dans la chronologie géologique de la Terre et vous découvrirez la période ordovicienne. S’étendant il y a environ 485 à 443 millions d’années, cette époque, qui fait suite à la période cambrienne, dresse un tableau vivant d’un monde en constante évolution.

Une vie marine florissante

La période ordovicienne a principalement été marquée par une explosion de la vie marine. Les océans couvraient la grande majorité de la surface de la Terre et, dans ces eaux primordiales, diverses espèces marines prospéraient. Les trilobites, les brachiopodes, les graptolites et les nautiloïdes dominaient les océans. Les coraux ont notamment commencé à construire les premiers systèmes récifaux importants, jetant ainsi les bases d’un écosystème que nous reconnaissons et valorisons aujourd’hui.

Mais il ne s’agissait pas uniquement d’animaux. Les premières traces d’algues vertes sont apparues à cette époque, indiquant les débuts de la vie végétale qui coloniserait plus tard le territoire. Le plancton marin s’est diversifié, ce qui a entraîné une augmentation significative de la quantité globale de vie. Ce réseau trophique marin diversifié a ouvert la voie à l’évolution et à la prolifération rapides d’organismes prédateurs.

Progrès dans la dynamique des océans

Les continents du monde ont subi d’importantes transformations au cours de l’Ordovicien. Le supercontinent connu sous le nom de Gondwana effectuait un lent voyage vers le pôle Sud. Cette migration a joué un rôle clé dans la formation des modèles océaniques et du niveau de la mer. À mesure que le Gondwana approchait du pôle, un refroidissement global s’ensuivit, ouvrant la voie à l’éventuelle période glaciaire de cette période.

La montée du poisson

Les poissons, bien que très anciens, sont apparus pour la première fois au cours de la période ordovicienne. Bien que ces premiers poissons manquaient de mâchoires, ils représentaient néanmoins un progrès évolutif significatif, marquant le début de la domination des vertébrés au cours des périodes suivantes. Ces premiers poissons dépendaient principalement de l’alimentation par filtre, leur corps mou naviguant dans les profondeurs des océans anciens.

La vie fait ses premiers pas sur terre

Alors que les mers de l’Ordovicien regorgeaient de vie, les terres restaient pour la plupart stériles. Cependant, à la fin de cette période, les premières traces de vie sur terre ont commencé à apparaître. Les premières plantes non vasculaires appelées bryophytes ont probablement pris racine dans les paysages terrestres. Ces premiers pas sur terre ouvriraient la voie à des plantes et des animaux plus avancés qui domineraient plus tard les périodes du Silurien et du Dévonien.

Une conclusion glaçante

La période ordovicienne ne s’est pas terminée tranquillement. Le mouvement du Gondwana au-dessus du pôle Sud a conduit à une glaciation généralisée. Ce refroidissement global a provoqué une baisse du niveau de la mer qui, combinée à d’autres facteurs encore à confirmer, a déclenché l’extinction massive de l’Ordovicien. Cet événement catastrophique a anéanti près de 60 % des genres d’invertébrés marins et 85 % des espèces d’invertébrés marins.

Cependant, malgré sa conclusion effrayante, la période ordovicienne reste importante pour ses contributions à l’histoire évolutive de la Terre. Il a mis en valeur la diversification et la domination de la vie marine, a vu l’émergence des premiers poissons et plantes terrestres et a subi d’importants changements géologiques qui ont façonné la Terre telle que nous la connaissons.

L’héritage de la période ordovicienne nous offre une compréhension profonde de l’histoire dynamique de notre planète et du réseau complexe de vie qu’elle nourrit.

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