Le langage silencieux de la nature : décoder la façon dont les insectes utilisent les signaux chimiques pour communiquer

Dans le monde des insectes, un langage élaboré de signaux chimiques est utilisé pour la survie quotidienne et les interactions. Les insectes utilisent des signaux chimiques pour trouver des partenaires, chasser pour se nourrir et éviter de devenir eux-mêmes des proies.

Alors que les humains sont parfois témoins de signaux d’insectes, tels que la lueur des lucioles, la plupart de ces communications restent entourées de mystère.

Des chercheurs de SRI International, en partenariat avec des experts de Virginia Tech et de l’Université Rutgers, explorent le monde énigmatique de la communication des insectes. Ils visent à démêler ces conversations chimiques dans l’espoir de développer des méthodes de lutte antiparasitaire plus sophistiquées, de protéger les cultures et d’atténuer la propagation des maladies transmises par les insectes piqueurs.

Les chercheurs ont récemment fait un pas significatif dans cette direction, avec leurs découvertes publiées dans la revue Science des protéines. Selon le co-auteur de l’étude, Paul O’Maille, l’équipe a développé une méthode unique pour identifier des sections spécifiques du code génétique qui génèrent les produits chimiques que les insectes utilisent pour la communication.

« La lutte antiparasitaire est un objectif à plus long terme ici, en particulier dans l’agriculture. Nous devons décoder ce langage, être capable de l’intercepter et peut-être le rediriger de manière intelligente », a déclaré O’Maille.

Les gènes donnent aux insectes leurs signaux chimiques et une « voix » unique

Les principaux signaux chimiques utilisés par les insectes pour communiquer sont les terpènes. Il s’agit d’une classe de produits chimiques qui se vaporisent et se dispersent facilement sur une vaste zone. Cela en fait un moyen efficace pour les insectes de transmettre leurs messages.

Jusqu’à récemment, les scientifiques pensaient que les insectes ne pouvaient pas produire de terpènes de manière indépendante, mais les obtenaient soit à partir de leur alimentation, soit par le biais de relations symbiotiques avec des microbes. Cependant, une révélation récente a renversé cette hypothèse.

« Juste au cours des dernières années, mes collaborateurs et d’autres ont découvert que les insectes avaient en fait des gènes pour coder des enzymes appelées terpènes synthases, et c’est le porte-parole de cette forme de communication », a déclaré O’Maille.

Ces enzymes permettent aux insectes de produire leurs terpènes uniques. Ils leur donnent effectivement une voix dans la cacophonie chimique qui orchestre leurs interactions quotidiennes.

Reconnaissant ce potentiel, les chercheurs se sont lancés dans une quête pour découvrir des gènes similaires dans différentes espèces d’insectes.

Appliquant ses vastes connaissances issues de l’étude des terpènes végétaux au cours des dernières décennies, O’Maille a décomposé la chimie de la synthèse des terpènes. Ce faisant, elle a pu identifier les schémas génétiques associés aux terpènes synthases.

« Nous avons essentiellement mis en place un ensemble de règles pour comprendre l’histoire naturelle de la création de ces terpènes synthases, et cela conduit à une heuristique, ou à une méthode, pour prédire si un gène est une terpène synthase ou non », a expliqué O’ Maille. « En utilisant cette heuristique, nous voyons qu’il y a beaucoup de ces gènes de terpène synthase chez différents insectes – ils sont assez répandus. »

Décoder les signaux chimiques des insectes pour aider à contrôler leur comportement

L’équipe a pu identifier des centaines de gènes potentiels de terpène synthase dans les séquences génétiques de divers insectes. Bien que leur travail n’ait couvert que huit des vingt-neuf ordres d’insectes reconnus jusqu’à présent, les données suggèrent que la communication basée sur les terpènes a évolué indépendamment à travers plusieurs lignées.

Le nouveau plan d’identification des terpènes synthases pourrait potentiellement permettre aux scientifiques de mieux comprendre comment les terpènes sont utilisés dans la communication des insectes. Ces connaissances pourraient être exploitées pour manipuler les actions des insectes.

Par exemple, si les terpènes attractifs pour les insectes destructeurs de cultures pouvaient être identifiés, des plantes leurres pourraient être conçues pour émettre ces produits chimiques et détourner les insectes des cultures de valeur. « Notre capacité à décoder cette conversation nous donne plus d’options », a déclaré O’Maille.

Implications de l’étude et connaissances acquises sur les terpènes

Les experts mettent en avant les applications potentielles de leur méthodologie au-delà du monde des insectes. La nouvelle méthode qu’ils ont développée pour prédire les régions codant pour la terpène synthase dans le génome pourrait très bien servir d’outil polyvalent pouvant être étendu à diverses classes d’enzymes dans un large éventail d’espèces.

« À l’heure actuelle, nous pouvons séquencer des génomes à volonté, mais nous ne pouvons pas très bien interpréter le génome », a déclaré O’Maille. « Notre travail fournit une feuille de route pour le développement d’heuristiques pour d’autres classes d’enzymes afin d’avoir des prédictions plus précises des fonctions des gènes. »

Dans leur quête pour déchiffrer le langage des insectes, les chercheurs ont non seulement fourni des outils vitaux pour la lutte antiparasitaire et la protection des cultures, mais ont également débloqué une méthode potentielle pour interpréter le langage complexe des génomes.

En savoir plus sur la communication des insectes

La communication des insectes est un sujet complexe et fascinant. Les insectes ont développé une variété de méthodes pour transmettre des informations et interagir les uns avec les autres. Voici quelques principaux types de communication avec les insectes :

Communication chimique (phéromones)

De nombreux insectes, comme les fourmis, les abeilles et les papillons de nuit, utilisent des signaux chimiques appelés phéromones pour communiquer. Ces signaux peuvent être utilisés pour marquer des sentiers, signaler un danger ou attirer des compagnons. Dans certains cas, les insectes peuvent également utiliser des produits chimiques dans leur environnement pour communiquer, par exemple en laissant des marques olfactives.

Communication visuelle

Les signaux visuels sont une autre méthode courante de communication des insectes. Par exemple, les lucioles utilisent des motifs de lumières clignotantes pour attirer les partenaires. De nombreux papillons et abeilles utilisent également des signaux visuels lors des parades d’accouplement ou pour signaler leur toxicité aux prédateurs.

Communication auditive

Certains insectes utilisent le son pour communiquer. Les grillons et les cigales mâles, par exemple, émettent des sons distinctifs en frottant leurs ailes pour attirer les femelles. Les larves de certaines espèces de papillons de nuit tambourinent et grattent leurs mandibules ou leurs corps contre les substrats qu’elles habitent, produisant des sons qui sont utilisés pour la communication.

Communication tactile

De nombreux insectes utilisent le toucher pour communiquer. Les fourmis se touchent souvent avec leurs antennes pour échanger des informations. Les abeilles utilisent une « danse frétillante » complexe pour indiquer l’emplacement d’une source de nourriture à leurs compagnons de ruche – la danse implique une combinaison de mouvements et de vibrations.

Communication vibratoire

Les insectes utilisent souvent des signaux vibratoires transmis par le substrat pour communiquer. Cette forme de communication est particulièrement répandue dans les environnements où les signaux visuels et auditifs sont moins efficaces, comme dans l’obscurité, sous terre ou sous l’eau. Les signaux vibratoires peuvent remplir diverses fonctions, notamment l’attraction du partenaire, la localisation de l’hôte et l’avertissement des prédateurs.

Signaux thermiques et d’humidité

Certains insectes peuvent percevoir et réagir aux changements de température et d’humidité. Par exemple, les abeilles mellifères utilisent des signaux de température pour les soins du couvain et la thermorégulation à l’intérieur de leurs colonies, et certains insectes peuvent détecter des changements d’humidité qui pourraient signaler le début de la pluie.