Les insectes géants régneraient-ils avec plus d'oxygène dans l'air ?

Selon une nouvelle étude, la délicate coccinelle de nos jardins pourrait être d'une taille effrayante si l'oxygène de l'air était plus concentré qu'il ne l'est actuellement. L'étude conforte la théorie selon laquelle certains insectes étaient beaucoup plus gros à la fin de l'Ere Primaire (Paléozoïque tardif) parce qu'ils avaient à leur disposition une atmosphère beaucoup plus riche en oxygène, selon l'auteur Alexandre Kaiser de l'université de Glendale en Arizona.

La période paléozoïque, il y a environ 300 millions d'années, était caractérisée par une flore imposante et abondante et par la présence d'insectes de taille respectable ; l'envergure des libellules pouvait par exemple atteindre 75 centimètres. La proportion d'oxygène dans l'air était de 35% à cette époque, à comparer au 21% de la notre, indique Kaiser. Les scientifiques pensent que c'est cette concentration plus élevée en oxygène qui a permis aux insectes de se développer beaucoup plus.

Un réseau de tuyaux pour acheminer l'oxygène

Les insectes ne respirent pas comme nous le faisons et n'utilisent pas le sang pour transporter l'oxygène. Ils prennent l'oxygène et expulsent le gaz carbonique à travers des trous dans leurs corps appelés spiracles. Ces trous sont connectés à un ensemble de tuyaux reliés entre eux, appelés trachées. Tandis que l'être humain possède une trachée, les insectes ont un système trachéal complet qui apporte l'oxygène à toutes les zones de leurs corps et élimine l'anhydride carbonique. Lorsque l'insecte se développe, les tubes trachéaux doivent se rallonger pour atteindre les tissus centraux, et sont plus nombreux pour satisfaire les demandes supplémentaires en oxygène d'un corps plus grand.

Les insectes peuvent limiter l'écoulement de l'oxygène par fermeture de leurs spiracles. En fait, une raison pour laquelle les insectes sont des animaux si robustes est qu'ils peuvent fermer leurs spiracles et survivre à l'aide de l'oxygène qui se trouve déjà dans leurs trachées. Kaiser cite le cas d'une chenille tombée dans un seau d'eau dans son laboratoire. Lorsque la créature fut découverte le jour suivant, les techniciens du laboratoire ont pensé qu'elle s'était noyée. Mais quand ils ont retiré de l'eau son corps apparemment sans vie, ils furent étonnés de la voir s'éloigner en rampant.

Les trachées croissent d'une façon non proportionnelle à la taille du corps

L'étude des chercheurs a été conçue pour découvrir:

- la place prise par le système trachéal dans de corps de coléoptères de différentes tailles,
- si les dimensions trachéales augmentent proportionnellement à la taille des coléoptères,
- s'il existe une limite à la taille d'un coléoptère dans l'atmosphère actuelle

Les chercheurs ont utilisé des images aux rayons X pour comparer les dimensions trachéales de quatre espèces de coléoptères, s'étendant en taille de 3 millimètres à environ 3,5 centimètres. Ces coléoptères n'existaient pas au Paléozoïque, mais l'équipe de Kaiser a utilisé ce type d'insecte parce qu'il est beaucoup plus facile de les étudier dans un laboratoire que les libellules.

L'étude a permis de constater que les trachées des coléoptères les plus grands occupent une proportion plus grande de leurs corps (environ 20%) que l'augmentation seule de la taille de leur corps ne le laisse prévoir. Selon Kaiser, c'est non seulement parce que le système trachéal s'agrandit pour atteindre des membres plus longs, mais aussi parce que les tuyaux augmentent en diamètre ou en nombre afin de répondre à la demande d'oxygène supplémentaire nécessaire.

Cette augmentation disproportionnée de la taille trachéale atteint un seuil critique aux jointures où les pattes et le corps se réunissent, ont découvert les chercheurs. La taille de cette jointure limite la taille de la trachée qui y passe. Quand la taille trachéale est ainsi limitée, il en est de même de l'apport en l'oxygène et donc du développement de l'insecte, explique Kaiser.

En utilisant leurs observations, les chercheurs ont calculé que les coléoptères ne pouvaient pas se développer au-delà d'environ 15 centimètres. Et c'est la taille du plus grand coléoptère connu: le scarabée longicorne Titanus giganteus, présent en Amérique du sud, qui peut atteindre de 15 à 17 centimètres sans les antennes, précise Kaiser.

Alors pourquoi cette jointure entre le corps et la patte des insectes n'aurait-elle pas limité de façon analogue leur taille au Paléozoïque ? Après tout, les libellules et les autres insectes d'alors avaient la même architecture corporelle ; cependant ils étaient beaucoup plus grands.

Selon Kaiser c'est parce que lorsque la concentration en oxygène dans l'atmosphère est élevée, l'insecte a besoin de plus petites quantités d'air pour satisfaire ses demandes en oxygène. Le diamètre trachéal peut ainsi être plus étroit et fournir encore suffisamment d'oxygène pour un insecte beaucoup plus grand.