Lorsque vous êtes un jeune biologiste de l’évolution, vous avez à trouver les créatures et les questions qui soutiendront votre carrière. Il y a vingt ans, le biologiste Douglas J. Emlen de l’Université américaine du Montana, s’est rendu compte que les créatures idéales, pour lui, seraient les coléoptères à cornes. Dans des milliers d’espèces de coléoptères, les mâles développent d’énormes cornes, qu’ils utilisent pour s’affronter dans des luttes territoriales. Souvent, les coléoptères, comme les scarabées mâles, se contenteront de se jauger et l’un d’eux ne contestera pas l’énormité de la corne de son adversaire, car les cornes sont un signal fiable de la bonne forme d’un scarabée mâle. Ces coléoptères incarnent les idées originales de Darwin, sur la façon dont la sexualité peut façonner la vie. La compétition pour des partenaires serait favorable à des mutations qui élargissent la corne, non pas parce qu’elle stimule la survie des coléoptères, mais parce qu’elle apporte plus de réussite aux coléoptères mâles dans la lutte pour avoir une chance de s’accoupler.
Mais il y a une autre façon d’envisager une corne de coléoptère. Elle se développe alors que le scarabée subit sa métamorphose, à partir d’une larve, en adulte. Les mutations qui fabriquent de plus grosses cornes doivent se faire en modifiant le cours du développement. Par le passé, l’évolution du développement animal était assez mystérieuse, car les scientifiques n’avaient aucune idée de quels gènes étaient impliqués dans l’embryon en construction.
Emlen et ses collègues ont découvert toutes sortes de choses intéressantes sur le développement des cornes de coléoptères. Par exemple, de grandes cornes accaparent de précieuses ressources à partir d’autres parties du corps du dendroctone en développement. Emlen a montré que les mâles avec de grandes cornes ont de petits yeux et des antennes. Ce compromis peut mettre une limite sur ce que peut atteindre la taille des cornes, car les mâles avec des yeux réduits (et d’autres sens) ne s’en tirons pas bien, même s’ils peuvent se battre avec n’importe quel rival.
Les coléoptères sont pratiquement les seuls insectes avec des ornements sexuels. La question qui a occupé pendant des décennies les biologistes évolutionnistes est pourquoi ces ornements ont tendance à être des signaux fiables. Si tout ce qu’il faut pour effrayer un coléoptère rival est une grande corne, alors il serait judicieux pour les faibles coléoptères de consolider toutes leurs ressources et de construire de grands ornements. Pourtant, ces ornements continuent à être des signaux de confiance, comme un avertissement pour les mâles rivaux et comme une attraction pour les femelles.
Dans sa nouvelle étude, Emlen et ses collègues proposent une explication… Alors que les insectes se développent, deux protéines jouent un rôle majeur : l’insuline et une hormone de croissance , l’IGF (Insulin-like Growth Factor). Ces hormones sont présentent dans le corps de l’insecte et s’attachent à des récepteurs spécifiques sur les cellules, pour déclencher une série de réactions chimiques qui conduisent ces insectes à grandir plus vite. Le montant de ces protéines qui parcourent le corps dépend, à son tour, de facteurs externes comme la bonne alimentation du coléoptère. De haut niveau d’insuline / IGF stimulera l’insecte afin d’élaborer un grand corps; dans de mauvaises conditions, son corps sera petit. Mais les insectes individuels varient dans cette réponse : dans un bon environnement, les signaux que certains coléoptères reçoivent de leurs protéines insuline / IGF les font davantage grandir que les autres.
Emlen et ses collègues se sont demandé si ces ornements sexuels étaient particulièrement sensibles aux signaux d’insuline / IGF. Pour le savoir, ils se tournèrent vers le scarabée-rhinocéros, qui porte bien son nom. Les scientifiques ont injecté des molécules qui bloquent le signal d’insuline / IGF aux larves du coléoptère rhinocéros, juste avant qu’ils n’aient commencé à développer leurs cornes. Un exemplaire de corne de scarabée-rhinocéros, ci-dessous.
Le blocage du signal a légèrement réduit le corps des coléoptères. Mais il a considérablement réduit les cornes. Comparativement aux ailes de ces insectes, Emlen et ses collègues ont constaté que les cornes étaient huit fois plus sensibles aux manipulations des signaux d’insuline / IGF. Dans cette photo, le dendroctone sur le côté droit a reçu des molécules de blocage de l’insuline / IGF.
La nouvelle étude suggère que la taille exagérée des cornes de coléoptères est inévitablement liée à la qualité globale d’un mâle. Il grandit en réponse aux même signaux qui contrôlent l’ensemble du corps, mais est plus sensible à ceux-ci. Il n’y a aucun moyen pour les mâles faibles de tricher, parce qu’ils ne peuvent éviter d’utiliser les signaux d’insuline / IGF pour construire une corne. S’ils ont des signaux faibles, ils vont produire une petite corne.
Et ce qui se passe pour les coléoptères peut valoir pour quelques autres animaux ou peut-être même beaucoup d’autres animaux. Lorsque les cerfs ont leur nouveaux bois qui poussent , par exemple, les cellules aux extrémité des bois produisent des récepteurs pour l’insuline / IGF. Emlen ne s’est pas tourné vers l’être humain dans son étude, mais le fait est que les signaux d’insuline / IGF sont essentiels dans la transformation des garçons en hommes, achevée avec de gros os et muscles.
L’étude publiée sur Science : A Mechanism of Extreme Growth and Reliable Signaling in Sexually Selected Ornaments and Weapons. Les différents coléoptères et autres scarabées présents sur cette page ont été pris en photo par Douglas J. Emlen et beaucoup peuvent être admirés sur son site, Emlem Lab.