Les surprenantes capacités auditives d'un lépidoptère révélées
Publié par Isabelle le 07/02/2017 à 12:00
Source et illustration: CNRS-INEE
La plupart des papillons de nuit disposent d'organes auditifs capables de repérer les ultrasons lancés par les chauves-souris, leurs principaux prédateurs. Ce système de détection qui s'apparente à un récepteur auditif relativement simple se révèle étonnement sophistiqué chez la petite fausse teigne (Achroia grisella). C'est ce que sont parvenus à démontrer des scientifiques de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics...) de Recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre...) sur la Biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire naturelle des êtres vivants (ou ayant...) de 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...) (IRBI, CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) François Rabelais de Tours) et du Centre pour l'Ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.) Ultrasonique de l'Université de Glasgow (Royaume-Uni) dans une étude publiée récemment dans PNAS. S'appuyant sur des expériences en laboratoire visant à comprendre la physiologie (La physiologie (du grec φύσις, phusis, la nature, et λόγος, logos, l'étude, la science) étudie le rôle, le fonctionnement et l'organisation mécanique, physique...) du système auditif de l'insecte (Les insectes (Insecta) font partie du sous-embranchement des hexapodes, elle-même incluse dans l'embranchement des arthropodes mais dans un...), ces travaux révèlent la capacité de ce dernier repérer les sons à haute fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot...) selon une direction précise. Une adaptation qui permet aussi aux femelles de détecter plus facilement le chant nuptial des mâles.

Nombre de lépidoptères nocturnes ont acquis des organes tympaniques leur permettant de détecter les ultrasons. Ces ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) sonores à hautes fréquences sont notamment émises par les chauves-souris insectivores pour repérer leurs proies dont font justement partie les papillons nocturnes. Bien que le récepteur auditif rudimentaire de ces insectes ne permette pas, en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur...), d'identifier l'origine précise d'un son, on suppose que de telles aptitudes auraient néanmoins pu émerger au fil de l'évolution. Ce pourrait notamment être le cas chez les espèces de lépidoptères où le mâle diffuse un chant nuptial ultrasonique pour attirer les femelles. C'est ce qu'a voulu vérifier une équipe de chercheurs franco-britannique chez l'une d'entre elles, la petite fausse teigne (Achroia grisella) en l'occurrence.

Dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), les scientifiques ont employé un dispositif expérimental permettant d'enregistrer les mouvements d'une femelle (En biologie, femelle (du latin « femella », petite femme, jeune femme) est le sexe de l'organisme qui produit des ovules, dans le cadre d'une...) d'Achroia grisella en réponse à un stimulus auditif reproduisant le chant à haute fréquence du mâle de cette espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la systématique. L'espèce...). "En plaçant une femelle sur une sphère de compensation de la locomotion, nous avons pu constater qu'elle se dirigeait vers la source du stimulus sonore en déviant de 20 à 40 degrés par apport une trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) en ligne droite. Or un tel comportement accrédite fortement l'existence chez cette espèce d'un mécanisme de la perception auditive où chacun des deux organes capte l'information de manière indépendante", explique Michael Greenfield, enseignant-chercheur en neuroscience à l'IRBI et cosignataire de l'article.

Afin d'en avoir le coeur net, l'équipe a ensuite utilisé un vibromètre laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light amplification...) 3D pour pouvoir mesurer les infimes vibrations du tympan d'une petite fausse teigne femelle. L'objectif de cette analyse: comprendre comment ce petit insecte qui ne dispose pas de système auditif directionnel typique des animaux parvient malgré tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à localiser le son émis par un individu (Le Wiktionnaire est un projet de dictionnaire libre et gratuit similaire à Wikipédia (tous deux sont soutenus par la fondation Wikimedia).) mâle. Pour cela, les chercheurs ont observé par vibrométrie laser 3D le mouvement de la membrane tympanique de l'insecte en fonction de l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) d'émission d'un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés...) sonore de 100 kilohertz, soit la fréquence moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de...) du chant nuptial des mâles chez cette espèce. Ils ont alors constaté que la réponse vibratoire du tympan droit était maximale lorsque la source d'émission formait un angle de 30° négatif avec la ligne médiane (Le terme de médiane, du latin medius, qui est au milieu, possède plusieurs acceptations en mathématiques :) de l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe,...). Pour le tympan gauche la réponse était maximale pour un angle d'émission strictement opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à ajouté à n donne zéro. En botanique, les organes d'une plante sont dits opposés lorsqu'ils sont insérés au même niveau, l'un en...), soit 30° positif.

"Ces résultats témoignent de la capacité de chaque organe auditif à identifier de manière indépendante la direction d'un stimulus sonore", souligne Michael Greenfield. En scannant aux rayons X le corps d'un papillon femelle, les chercheurs ont ensuite pu observer qu'il n'existait pas de connexion physiologique entre ces deux structures auditives, confirmant ainsi que chacune d'elle fonctionnait de manière indépendante. L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) de ces travaux révèle l'existence, chez la petite fausse teigne, d'un mécanisme de détection acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel aux phénomènes ondulatoires et à la...) où la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres...) et la structure de la membrane tympanique offrent une sensibilité forte aux sons arrivant d'un angle précis. L'étude montre par ailleurs, que ce papillon est parvenu, au fil de l'évolution, à adapter un système ancien de perception dédié à la détection des chauves-souris pour qu'il contribue à la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) sexuelle de l'espèce en facilitant le repérage du chant des mâles.


Référence publication:
Evolution of directional hearing in moths via conversion of bat detection devices to asymmetric pressure gradient receivers, par Andrew Reid, Thibaut Marin-Cudraz, James F. C. Windmill et Michael D. Greenfield, publié dans PNAS le 14 novembre 2016.
DOI: 10.1073/pnas.1615691113

Contact chercheur:
Michael Greenfield, Institut de recherche sur la biologie de l'insecte (IRBI, CNRS / Université François Rabelais de Tours)
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