Certaines espèces de coléoptères ont développé des «poches arrière» inhabituelles pour abriter en toute sécurité des bactéries symbiotiques pendant la métamorphose – le seul exemple connu de cela chez les insectes. Cela fait partie d’un arrangement mutuellement bénéfique, puisque les bactéries protègent les larves et les pupes vulnérables des champignons. Selon un nouvel article publié dans la revue Frontiers in Physiology, les scientifiques ont également déterminé que seules les femelles adultes conservent ces bactéries symbiotiques, retirant les populations de ces poches arrière par frottement sur la région génitale lorsqu’elles émergent de leurs pupes.
« Nous montrons comment un insecte peut maintenir des partenaires microbiens bénéfiques malgré les réarrangements drastiques des structures corporelles qui se produisent pendant la métamorphose », a déclaré la co-auteur Laura V. Flórez de l’Université de Copenhague. « En modifiant des » poches « uniques sur leur dos, Lagria les coléoptères parviennent à conserver leurs symbiotes protecteurs et facilitent leur relocalisation pendant la nymphose vers les organes adultes nouvellement développés.
Il existe de nombreux exemples de symbiotes microbiens dans la nature. Par exemple, le calmar bobtail hawaïen a une lampe de poche intégrée pour aider la créature à naviguer dans ces eaux nocturnes troubles, à chasser des proies et à se cacher des prédateurs à son tour. C’est un organe spécial sur le dessous, une petite cavité pratique qui abrite des colonies de bactéries, Vibrio fischeri. Une fois que cette colonie bactérienne atteint un seuil critique, elles commencent toutes à briller, servant de source de lumière pour le calmar. Les pucerons, les vers tubicoles, les guêpes creuseuses, les charançons des céréales et les punaises des haricots ont également développé des relations symbiotiques avec les microbes à diverses fins.
Et puis il y a les coléoptères. Les coléoptères se distinguent des autres insectes par leurs ailes antérieures qui se durcissent en élytres appelés élytres. Les coléoptères subissent une métamorphose complète, c’est-à-dire une réorganisation corporelle globale au cours de plusieurs stades de développement : de l’œuf à la larve, à la nymphe, jusqu’à l’émergence d’un adulte à partir de ce stade nymphal. Ainsi, toute bactérie symbiotique doit s’adapter en conséquence au cours de ces étapes de développement.
L’étude actuelle se concentre sur deux espèces de coléoptères en particulier : Lagria hirta (L.hirta) et Lagria villosa (L. villosa), qui hébergent tous deux une communauté de symbiotes microbiens tout au long de leur cycle de vie. L. villosaLes symbiotes de sont dominés par une souche particulière de Burkholderia bactérie qui a perdu la capacité d’être mobile et qui ne pourrait probablement pas survivre longtemps en dehors de ses coléoptères hôtes. Flórez et ses collègues de recherche à l’Université Johannes Gutenberg de Mayence, en Allemagne, ont voulu en savoir plus sur la façon dont les coléoptères maintiennent et protègent leurs symbiotes tout au long de la métamorphose.
Un micro CT scan 3D animé d’une pupe montrant des poches arrière abritant des bactéries symbiotiques.
L’équipe a recueilli L.hirta coléoptères en Allemagne en 2020, les élevant dans un terrarium extérieur pour simuler les conditions naturelles. Les descendants ont été collectés en 2021. Les L. villosa des spécimens ont été collectés au Brésil en 2019 et élevés dans des conteneurs en plastique dans une chambre climatique. Ensuite, les chercheurs ont comparé les concentrations de bactéries symbiotiques et la structure morphologique des exosquelettes chez les mâles et les femelles.
Ils ont découvert que les coléoptères avaient trois poches protectrices à deux lobes à l’arrière du thorax pendant les stades larvaire et nymphal pour abriter les symbiotes. Les coléoptères femelles hébergeaient également des symbiotes entre les poils à l’arrière de la tête. Mais les mâles adultes ont perdu leurs symbiotes, tandis que les populations bactériennes se sont déplacées vers la région génitale chez les femelles adultes. Flórez et al. a conclu qu’il devait y avoir un mécanisme pour la relocalisation des symbiotes sur la surface externe – en particulier pour les espèces de bactéries qui manquaient de motilité – et a pensé que la friction pourrait être la clé.
Pour tester cette hypothèse, cinq premiers L. villosa les pupes ont été inoculées avec des billes fluorescentes pour simuler la transmission des bactéries symbiotiques. Deux des femelles adultes qui ont émergé ont été soigneusement disséquées, avec des images prises à chaque étape pour suivre l’emplacement des perles. Un adulte mâle a également été disséqué comme témoin.
Les résultats ont confirmé leur hypothèse. « Les symbiotes partent de la surface très exposée des œufs pour coloniser les poches à l’arrière des larves et des pupes », a déclaré la co-auteure Rebekka S. Janke, étudiante diplômée à l’Université Johannes Gutenberg de Mayence. « Enfin, ils se retrouvent dans glandes spécialisées associées au système reproducteur des femelles adultes. » Lorsque la femelle adulte pond ses œufs, ces bactéries symbiotiques sont extraites des glandes et déposées à la surface des œufs, les protégeant tout au long de la métamorphose, et le cycle de la vie recommence encore.
Cela explique pourquoi seules les femelles adultes conservent leurs symbiotes à l’âge adulte. « Au stade adulte, le but principal des organes symbiotiques semble être de permettre une transmission réussie au stade de l’œuf et à la génération suivante », a déclaré Flórez. « Puisque seules les femelles pondent des œufs, les hommes adultes n’ont pas besoin de les porter potentiellement. des symbiotes coûteux et une impasse pour les bactéries.
DOI : Frontiers in Physiology, 2022. 10.3389/fphys.2022.979200 (À propos des DOI).