Kenneth Veland Halberg
Nous avons rarement le temps d’écrire sur chaque histoire scientifique intéressante qui nous arrive. Ainsi, cette année, nous publions à nouveau une série spéciale d’articles sur les Douze jours de Noël, mettant en lumière une histoire scientifique qui est tombée entre les mailles du filet en 2023, chaque jour du 25 décembre au 5 janvier. Aujourd’hui : les coléoptères rouges de la farine peuvent utiliser leurs mégots pour aspirer l’eau de l’air, les aidant ainsi à survivre dans des environnements extrêmement secs. Les scientifiques se penchent sur les mécanismes moléculaires à l’origine de cette capacité unique.
L’humble coléoptère rouge de la farine (Tribolium castaneum) est un ravageur courant du garde-manger qui se nourrit de céréales, de farine, de céréales, de pâtes, de biscuits, de haricots et de noix stockés. C’est une créature remarquablement robuste, capable de survivre dans des environnements arides et difficiles grâce à sa capacité unique à extraire les fluides non seulement des céréales et d’autres sources de nourriture, mais également de l’air. Pour ce faire, il ouvre son rectum lorsque l’humidité de l’atmosphère est relativement élevée, absorbant l’humidité par cette ouverture et la transformant en liquide qui est ensuite utilisé pour hydrater le reste du corps.
Les scientifiques connaissent cette capacité depuis plus d’un siècle, mais les biologistes commencent enfin à aller au fond des mécanismes moléculaires sous-jacents, selon un article publié en mars dans les Actes des National Academies of Science. Cela éclairera les recherches futures sur la manière d’interrompre ce processus d’hydratation afin de mieux contrôler les populations de coléoptères rouges de la farine, car ils sont très résistants aux pesticides. Ils peuvent également résister à des niveaux de rayonnement encore plus élevés que les cafards.
Il existe environ 400 000 espèces connues de coléoptères qui parcourent la planète, même si les scientifiques estiment qu’il pourrait y en avoir bien plus d’un million. Chaque année, jusqu’à 20 pour cent des réserves de céréales mondiales sont contaminées par les coléoptères rouges de la farine, les charançons des céréales, les doryphores de la pomme de terre et les coléoptères confus de la farine, en particulier dans les pays en développement. Les coléoptères rouges de la farine, en particulier, sont un organisme modèle populaire pour la recherche scientifique sur le développement et la génomique fonctionnelle. Le génome entier a été séquencé en 2008 et le coléoptère partage entre 10 000 et 15 000 gènes avec la mouche des fruits (Drosophile), un autre cheval de bataille de la recherche en génétique. Mais le cycle de développement du coléoptère ressemble davantage à celui des autres insectes.
Kenneth Halberg
Le rectum de la plupart des mammifères et des insectes absorbe tous les nutriments et l’eau restants des déchets du corps avant la défécation. Mais le rectum du coléoptère rouge de la farine est un modèle d’ultra-efficacité à cet égard. Le coléoptère peut générer des concentrations de sel extrêmement élevées dans ses reins, lui permettant d’extraire toute l’eau de ses propres excréments et de recycler cette humidité dans son corps.
« Un coléoptère peut parcourir un cycle de vie complet sans boire d’eau liquide », a déclaré le co-auteur Kenneth Veland Halberg, biologiste à l’Université de Copenhague. « Cela est dû à leur rectum modifié et à leurs reins étroitement appliqués, qui forment ensemble un système multi-organes hautement spécialisé dans l’extraction de l’eau de la nourriture qu’ils mangent et de l’air qui les entoure. En fait, cela se produit si efficacement que le les échantillons de selles que nous avons examinés étaient complètement secs et sans aucune trace d’eau. » L’ensemble de la structure rectale est enveloppé dans une membrane périnéphrique.
Halberg et coll. a pris des images au microscope électronique à balayage de la structure rectale du coléoptère. Ils ont également prélevé des échantillons de tissus et extrait l’ARN de coléoptères rouges de la farine cultivés en laboratoire, puis ont utilisé une nouvelle ressource appelée BeetleAtlas pour leur analyse de l’expression génique, à la recherche de tous les gènes pertinents.
Un gène particulier était exprimé soixante fois plus dans le rectum que n’importe quel autre. Halberg et son équipe ont finalement étudié un groupe de cellules secondaires situées entre les reins et le système circulatoire du coléoptère, appelées leptophragmates. Cette découverte conforte des études antérieures suggérant que ces cellules pourraient être pertinentes puisqu’elles sont les seules cellules qui interrompent la membrane périnéphrique, permettant ainsi le transport critique du chlorure de potassium. Traduction : les cellules pompent des sels dans les reins pour mieux récolter l’humidité de ses selles ou de l’air.
Kenneth Halberg
La prochaine étape consiste à s’appuyer sur ces nouvelles connaissances pour comprendre comment interrompre le processus d’hydratation unique du coléoptère au niveau moléculaire, peut-être en concevant des molécules capables de le faire. Ces molécules pourraient ensuite être incorporées dans des pesticides plus respectueux de l’environnement ciblant le coléoptère rouge de la farine et d’autres ravageurs similaires, sans nuire aux insectes utiles comme les abeilles.
« Maintenant, nous comprenons exactement quels gènes, cellules et molécules sont en jeu chez le coléoptère lorsqu’il absorbe l’eau dans son rectum. Cela signifie que nous savons soudainement comment perturber ces processus très efficaces, par exemple en développant des insecticides qui ciblent cette fonction et, ce faisant, tuez le scarabée », a déclaré Halberg. « Il y a vingt fois plus de biomasse d’insectes sur Terre que celle des humains. Ils jouent un rôle clé dans la plupart des réseaux trophiques et ont un impact énorme sur pratiquement tous les écosystèmes et sur la santé humaine. Nous devons donc mieux les comprendre. »
DOI : PNAS, 2023. 10.1073/pnas.2217084120 (À propos des DOI).