Les insectes géants régneraient-ils avec plus d'oxygène dans l'air ?
Publié par Michel le 12/10/2006 à 00:00
Source: American Physiological Society
Illustration: Affiche du film Them
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 (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) beaucoup plus riche en oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.), selon l'auteur Alexandre Kaiser de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) de Glendale en Arizona.

La période paléozoïque, il y a environ 300 millions d'années, était caractérisée par une flore (La flore est l'ensemble des espèces végétales présentes dans un espace géographique ou un écosystème déterminé (par opposition à la...) imposante et abondante et par la présence d'insectes de taille respectable ; l'envergure (L'envergure est la distance entre les extrémités des ailes. Le terme est valable pour définir un oiseau, un chiroptère, un avion (ou planeur).) des libellules pouvait par exemple atteindre 75 centimètres. La proportion d'oxygène dans l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...) 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 (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le plasma est la substance fondamentale et est présent chez la plupart des animaux. Un humain adulte est doté...) pour transporter l'oxygène. Ils prennent l'oxygène et expulsent le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de...) carbonique à travers des trous dans leurs corps appelés spiracles. Ces trous sont connectés à un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) 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 (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large public d'amateurs et de naturalistes. Produite par l'Office pour les insectes et leur environnement (association loi de 1901), elle paraît...) 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 (Le terme fermeture renvoie à :) 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 (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) dans son laboratoire. Lorsque la créature fut découverte le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa...) 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 (La vie est le nom donné :), 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 (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est...) 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 (Les insectes (Insecta) font partie du sous-embranchement des hexapodes, elle-même incluse dans l'embranchement des arthropodes mais dans un sous-groupe : les mandibulates. On...) 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 (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le...) ou en nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) 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 (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...), 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 (L’Amérique est un continent séparé, à l'ouest, de l'Asie et l'Océanie par le détroit de Béring et l'océan Pacifique; et à l'est, de l'Europe et de l'Afrique par...) du sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.), les libellules et les autres insectes d'alors avaient la même architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) 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 (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins...) 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.

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