Mystère résolu : quand les papillons ont évolué et quelles plantes ils utilisaient pour se nourrir

Un événement significatif s’est produit il y a environ 100 millions d’années : une faction de papillons nocturnes innovants a commencé à voler pendant la journée, par opposition à la nuit, favorisant les fleurs chargées de nectar qui avaient évolué aux côtés des abeilles. Cet événement singulier a déclenché l’évolution des papillons, une transformation fascinante que les scientifiques étudient depuis des décennies.

En 2019, les scientifiques ont pu déterminer le moment de cette évolution grâce à une analyse ADN complète. Cette recherche révolutionnaire a démystifié la théorie précédemment admise selon laquelle les papillons ont évolué sous la pression des chauves-souris, après l’extinction des dinosaures.

Aujourd’hui, les scientifiques ont déterré de nouvelles révélations passionnantes concernant les origines géographiques des premiers papillons et leurs préférences alimentaires.

Comment la découverte a été faite

Cette découverte n’a pas été facile à faire. Cela a nécessité les efforts de collaboration de chercheurs du monde entier, qui ont travaillé sans relâche pour construire l’arbre de vie à papillons le plus étendu au monde. Cette structure complexe comprenait l’ADN de plus de 2 000 espèces de papillons, représentant chaque famille de papillons et 92 % de tous les genres.

Les chercheurs ont utilisé cet arbre comme feuille de route, retraçant le voyage et les habitudes alimentaires des papillons à travers le temps, une tâche monumentale qui s’apparente à la résolution d’un puzzle en quatre dimensions. La solution de l’énigme indiquait que l’Amérique du Nord et l’Amérique centrale étaient à l’origine des premiers papillons, une découverte récemment publiée dans la revue Écologie de la nature et évolution.

Pour Akito Kawahara, auteur principal de l’étude et conservateur des lépidoptères au Florida Museum of Natural History, ce projet était l’aboutissement d’un rêve de toute une vie.

« C’était un de mes rêves d’enfance », a déclaré Kawahara. « C’est quelque chose que je voulais faire depuis que j’ai visité le Musée américain d’histoire naturelle quand j’étais enfant et que j’ai vu une photo de la phylogénie d’un papillon collée sur la porte d’un conservateur. C’est aussi l’étude la plus difficile à laquelle j’ai jamais participé, et il a fallu un effort considérable de la part de personnes du monde entier pour la terminer.

Comment réduire une histoire de 100 millions d’années à partir de 19 000 espèces

L’énormité de l’étude se reflète dans le nombre d’espèces de papillons – environ 19 000. Assembler leur histoire de 100 millions d’années nécessitait une compréhension approfondie de leurs distributions modernes et de leurs plantes hôtes. Malheureusement, avant cette étude, ces données n’étaient pas facilement disponibles en un seul endroit.

« Nous avons souvent dû compter sur des guides de terrain qui n’avaient pas été numérisés et qui étaient rédigés dans différentes langues », a expliqué Kawahara.

L’absence d’une base de données existante n’a pas découragé les chercheurs. Ils se sont lancés dans le processus minutieux de création d’une base de données accessible au public, de traduction et de numérisation des informations provenant de livres, de collections de musées et de pages Web dispersées.

Un élément crucial de leur analyse était 11 fossiles de papillons rares. Ces fossiles, préservés malgré la nature délicate des ailes de papillon et des poils fins, ont servi de points d’étalonnage sur les arbres génétiques. Ils ont permis aux chercheurs d’enregistrer le calendrier des événements clés de l’évolution.

Ce que les chercheurs ont appris

Les résultats ont révélé un récit dynamique de diversifications rapides, d’avancées intermittentes et de dispersions improbables. Certains groupes de papillons ont parcouru de vastes distances, tandis que d’autres sont restés immobiles, apparemment indifférents aux continents, aux montagnes et aux rivières qui se déplaçaient autour d’eux.

Les premiers papillons, selon l’étude, sont apparus dans le centre et l’ouest de l’Amérique du Nord. Au cours de cette période, l’Amérique du Nord était divisée en deux par une vaste voie maritime et le Mexique était relié par un long arc aux États-Unis, au Canada et à la Russie. L’isthme de Panama n’avait pas encore rejoint l’Amérique du Nord et l’Amérique du Sud, mais les papillons ont réussi à traverser facilement le détroit entre eux.

Le modèle de migration des papillons était intrigant. Malgré la proximité relative de l’Amérique du Sud et de l’Afrique, les papillons ont emprunté une route détournée, voyageant vers l’Asie à travers le pont terrestre de Béring. Une fois sur place, ils se sont rapidement dispersés, se répandant en Asie du Sud-Est, au Moyen-Orient et dans la Corne de l’Afrique. Incroyablement, ils ont également atteint l’Inde, qui était alors une île isolée entourée de kilomètres de mer.

Leur arrivée en Australie, encore reliée à l’Antarctique, dernier vestige du supercontinent Pangée, est encore plus étonnante. Il est plausible que les papillons aient prospéré en Antarctique lorsque les températures mondiales étaient plus chaudes, traversant la bordure nord du continent jusqu’en Australie avant que les masses continentales ne se séparent finalement.

Fait intéressant, les papillons se sont attardés à la périphérie de l’Asie occidentale pendant près de 45 millions d’années avant de finalement s’aventurer en Europe. La cause de cette pause prolongée reste incertaine, mais ses effets sont encore visibles aujourd’hui.

« L’Europe n’a pas beaucoup d’espèces de papillons par rapport à d’autres parties du monde, et celles qu’elle a peuvent souvent être trouvées ailleurs », a expliqué Kawahara. « De nombreux papillons en Europe se trouvent également en Sibérie et en Asie, par exemple. »

La diversification des espèces de papillons commence

Une fois établis, les papillons se diversifient rapidement aux côtés de leurs hôtes végétaux. Au moment où les dinosaures ont connu leur fin il y a 66 millions d’années, presque toutes les familles de papillons modernes avaient émergé. Chaque famille semblait avoir une préférence spécifique pour certains groupes de plantes.

« Lorsque nous avons examiné cette association sur une échelle de temps évolutive, nous avons constaté que dans presque toutes les familles de papillons, les plants de haricot semblaient être les hôtes ancestraux », a déclaré Kawahara. « C’était également vrai pour l’ancêtre de tous les papillons. »

Alors que les plants de haricots ont depuis élargi leurs pollinisateurs pour inclure diverses abeilles, mouches, colibris et mammifères, les papillons ont également diversifié leurs goûts.

La co-auteure de l’étude, Pamela Soltis, conservatrice du Florida Museum et éminente professeure, souligne que les relations symbiotiques que les papillons ont développées avec les plantes ont joué un rôle déterminant dans leur évolution d’une ramification mineure de papillon nocturne à l’un des plus grands groupes d’insectes sur Terre.

« L’évolution des papillons et des plantes à fleurs est inexorablement liée depuis l’origine des premiers, et la relation étroite entre eux a entraîné des événements de diversification remarquables dans les deux lignées », a-t-elle déclaré.

Cette histoire complexe et vibrante des papillons démontre la profonde interdépendance de la vie sur Terre, la danse perpétuelle de l’évolution et de l’adaptation, et le mystère qui continue d’envelopper le monde naturel.

L’étude souligne l’importance de la collaboration interdisciplinaire et internationale pour élargir nos connaissances sur l’origine et l’évolution des espèces. Le voyage de ces minuscules créatures sur des millions d’années offre un aperçu inestimable du dynamisme et de la résilience de la vie, ainsi que de la saga continue de l’évolution.

En savoir plus sur les papillons

Les papillons sont bien plus que de belles créatures qui voltigent dans nos jardins. Ils jouent plusieurs rôles essentiels dans les écosystèmes et contribuent de manière significative à la santé globale de l’environnement.

Pollinisation

Comme les abeilles, les papillons sont d’importants pollinisateurs. Alors qu’ils se déplacent de fleur en fleur à la recherche de nectar, ils ramassent et transfèrent par inadvertance des grains de pollen. Cette pollinisation croisée est cruciale pour la fertilisation et la propagation de nombreuses espèces végétales, y compris celles dont les humains dépendent pour se nourrir.

Bioindicateurs

Les papillons sont considérés comme des bioindicateurs sensibles, ce qui signifie que leur présence, leur absence ou les tendances démographiques peuvent nous en dire long sur la santé d’un écosystème. Parce que les papillons sont très sensibles aux changements de la qualité de l’habitat et du climat, un déclin des populations de papillons peut servir de signe avant-coureur de problèmes environnementaux.

Biodiversité

Les papillons contribuent à la biodiversité à la fois en tant que pollinisateurs et en tant que source de nourriture pour d’autres espèces. Leurs chenilles sont une source de nourriture primaire pour les oiseaux et certains insectes. Une population de papillons en bonne santé peut indiquer la biodiversité globale et la santé de l’écosystème.

Recyclage des nutriments

Les larves de papillons (chenilles) jouent un rôle dans le recyclage des nutriments. Ils consomment les feuilles des plantes, aidant au processus de décomposition et contribuant au cycle des nutriments. Lorsqu’ils se métamorphosent en papillons, leurs nymphes rejetées fournissent des nutriments au sol.

Croissance et évolution des plantes

Certaines espèces de papillons ont co-évolué avec des espèces végétales spécifiques, entraînant des avantages mutuels. Par exemple, la plante peut compter sur le papillon pour la pollinisation, tandis que le papillon compte sur la plante comme source de nourriture pour ses larves. Cette relation peut conduire l’évolution des deux espèces.

Bien-être humain

La valeur esthétique des papillons contribue également au bien-être humain. Leur beauté encourage les gens à passer du temps à l’extérieur, à s’engager dans la nature et à apprécier la biodiversité, qui présente de nombreux avantages pour la santé mentale.

Éducation et Recherche

Les papillons, en raison de leur grande variété, de leur disponibilité et du fascinant processus de métamorphose qu’ils subissent, constituent d’excellents sujets à des fins éducatives et de recherche scientifique. L’observation des papillons peut fournir des informations sur les processus biologiques tels que la métamorphose, le comportement et les interactions écologiques.

Cependant, il est essentiel de noter que les populations de papillons diminuent à l’échelle mondiale en raison de la perte d’habitat, du changement climatique, de la pollution et de l’utilisation de pesticides.

La perte de ces créatures peut avoir des effets en cascade sur les écosystèmes et la biodiversité, soulignant la nécessité d’efforts de conservation. Protéger et restaurer les habitats des papillons, réduire l’utilisation de pesticides et planter des plantes favorables aux papillons peuvent tous contribuer à soutenir les populations de papillons.