Les larves de cécidomyies aquatiques Chaoborus sont le seul insecte capable de contrôler sa flottabilité. Leurs sacs aériens trachéaux agissent comme un moteur mécano-chimique alimenté par le pH. Crédit : Philip Matthews
Au printemps 2018, le Dr Philip Matthews a passé un après-midi typique à capturer des libellules dans les étangs expérimentaux de l’Université de la Colombie-Britannique (UBC). Le zoologiste était loin de se douter qu’il était sur le point de s’embarquer dans un voyage visant à résoudre un mystère entomologique vieux d’un siècle, impliquant un insecte beaucoup plus petit, mais tout aussi intriguant. Alors qu’il travaillait dans les étangs, des larves flottant dans l’eau de pluie d’un réservoir à bétail voisin ont attiré son attention.
Les insectes étaient les larves aquatiques d’eau douce de l’insecte de la famille de l’araignée. Chaoborus cécidomyie, également appelée ” cécidomyie fantôme ” en raison de sa quasi-transparence. Cette transparence fait ressembler les larves à de minuscules fantômes lorsqu’elles se déplacent dans les lacs, les étangs et les flaques d’eau.
“Ces insectes bizarres flottaient de façon neutre dans l’eau, ce qui est une chose que l’on ne voit pas faire chez les insectes”, a déclaré le Dr Matthews. “Certains insectes peuvent flotter de façon neutre pendant un court moment au cours d’une plongée, mais… Chaoborus les larves sont les seuls insectes proches de la flottabilité neutre.”
Lorsque les chercheurs ont monté les sacs aériens des larves sur un microscope dont la platine était éclairée par une lumière ultraviolette, les sacs aériens ont commencé à briller en bleu. Crédit : Evan McKenzie
Résoudre un mystère vieux de 100 ans grâce à un lien avec un Nobel
Certains poissons régulent leur flottabilité en gonflant une vessie natatoire avec de l’oxygène déchargé de l’hémoglobine de leur sang. En 1911, le lauréat du prix Nobel August Krogh a découvert Chaoborus que les larves utilisent un mécanisme complètement différent, régulant leur flottabilité à l’aide de deux paires de sacs internes remplis d’air. Mais il n’a jamais compris comment les insectes ajustaient le volume de leurs sacs sans avoir de sang ou d’hémoglobine comme les vertébrés.
La fluorescence bleue du sac aérien est due à la résiline, un caoutchouc presque parfait que l’on trouve dans les parties des insectes où l’élasticité est essentielle, comme dans l’énergie élastique qui permet à la puce de faire son incroyable saut. Crédit : Philip Matthews
Une découverte fortuite
De retour au laboratoire après son café, le Dr Matthews a monté les sacs aériens des larves du réservoir à bétail sur un microscope dont la platine était éclairée par une lumière ultraviolette. Les air-sacs ont commencé à briller en bleu.
La fluorescence bleue était due à la résiline, un caoutchouc presque parfait que l’on trouve dans les parties des insectes où l’élasticité est essentielle, comme dans l’énergie élastique qui permet à une puce de faire un saut incroyable.
Les chercheurs ont découvert que l’insecte ne sécrète pas de gaz dans ses sacs aériens pour les dilater. Au lieu de cela, ils modifient le niveau de pH de la paroi de l’air-sac, les bandes de résiline dans la paroi de l’air-sac gonflent ou se contractent en réponse, et le volume du sac s’ajuste. Crédit : Evan McKenzie
“Ce qui est étrange avec la résiline, c’est qu’elle est non seulement très élastique. Elle va gonfler si vous la rendez alcaline et se contracter si vous la rendez acide.”
Avec Evan McKenzie, étudiant en doctorat, qui dirige les investigations expérimentales, les chercheurs ont découvert que l’insecte ne sécrète pas de gaz dans ses sacs aériens pour les faire gonfler. Au lieu de cela, ils modifient le niveau de pH de la paroi de l’air-sac, les bandes de résiline dans la paroi de l’air-sac gonflent ou se contractent en réponse, et le volume du sac s’ajuste.
Les sacs aériens de Chaoborus fonctionnent comme des moteurs mécano-chimiques, convertissant les changements d’énergie potentielle chimique en travail mécanique.
“C’est une adaptation vraiment bizarre que nous n’avons pas cherchée”, dit le Dr Matthews. “Nous essayions juste de comprendre comment ils peuvent flotter dans l’eau sans couler !”.
Les résultats ont été publiés cette semaine dans Current Biology.
Référence : “Un moteur mécano-chimique alimenté par le pH régule la flottabilité de… Chaoborus midge larvae” par Evan K.G. McKenzie, Garfield T. Kwan, Martin Tresguerres et Philip G.D. Matthews, 25 janvier 2022, Biologie courante.
DOI : 10.1016/j.cub.2022.01.018
