23-Coévolution et la course à l’armement prédateur / proie

Article 23 sur un total de 48 pour la série :

Dans le dernier billet de cette série, nous avons examiné l’évolution convergente et l’écholocalisation chez certaines chauves-souris et cétacés à dents. L’écholocalisation permet aux chauves-souris d’accéder à une source de nourriture riche (les insectes) à un moment de la journée où il y a peu de prédateurs mais de nombreuses proies (puisque de nombreux insectes sont plus actifs la nuit pour la même raison : il y a moins de prédateurs nocturnes). Alors que les chauves-souris ont gagné lentement la capacité d’écholocaliser et de chasser la nuit, on peut s’attendre à ce que cette innovation affecte l’évolution de leurs proies. Toute variation chez une population proie avantageuse pour résister à la prédation serait sélectionnée, augmenterait en fréquence au cours du temps, et contribuerait à un changement des caractéristiques moyennes de l’espèce de la proie. Cette évolution des caractéristiques des proies sélectionnerait ensuite une variation chez les chauves-souris, et ainsi de suite, liant effectivement le prédateur et sa proie en une relation où chacun agit sur l’autre comme une force sélective majeure. Une telle relation est un exemple de la coévolution, c’est-à-dire une relation proche entre deux espèces où chacune influe sur l’évolution de l’autre. Pour les prédateurs et les proies, on peut imaginer leur coévolution comme une « course à l’armement », la prédation améliorant ses armes et la proie améliorant ses défenses.

(Soit dit en passant, il est important de noter que dans de nombreux cas, une relation coévolutive longue, stable et type « course à l’armement » ne se forme pas entre les prédateurs et les proies. En ce cas, il peut en résulter l’extinction de l’une des deux espèces, et d’après les fossiles que l’on a retrouvés, l’extinction est une caractéristique très commune de la biodiversité sur des temps longs. Les espèces des prédateurs comme celles des proies peuvent s’éteindre, relâchant leurs « partenaires » de leur influence coévolutive. Les relations coévolutives que nous observons sont donc suffisamment stables pour avoir persisté un certain temps.)

La chauve-souris contre le papillon de nuit

Etant donnée l’efficacité de l’écholocalisation pour attraper des insectes nocturnes, il n’est pas surprenant qu’il y ait plusieurs adaptations dans des espèces d’insectes différentes qui améliorent leurs chances d’éviter d’être mangés par des chauves-souris. L’adaptation la plus basique est un moyen par lequel les insectes peuvent entendre les fréquences ultrasoniques que les chauves-souris utilisent pour l’écholocalisation. Ces organes sensoriels, que l’on appelle les membranes tympaniques, sont composés d’une membrane qui vibre en réponse aux ondes sonores et de cellules associées du système nerveux qui convertissent les ondes en charges électriques potentielles perçues comme du son par le cerveau de l’insecte.

Puisque même une capacité rudimentaire à détecter le son ultrasonique serait clairement un avantage sélectif face à un prédateur qui peut écholocaliser, il n’est pas particulièrement surprenant que les membranes tympaniques qui peuvent détecter les fréquences ultrasoniques soient survenues de façon indépendante de nombreuses fois dans des lignées distinctes d’insectes (ce qui donne un autre exemple étendu de l’évolution convergente). Les membranes tympaniques peuvent être plutôt simples : une petite membrane et quelques cellules associées du système nerveux, ce qui donne de la crédibilité à l’idée qu’elles aient évolué encore et encore.

Au-delà de la simple capacité à entendre l’approche d’une chauve-souris, les insectes possèdent une série d’adaptations couplées à la détection des fréquences ultrasoniques. Dans de nombreux cas, les patrons de vol erratique (comme les plongeons, les boucles, et même la chute libre) sont déclenchés par la détection de chauves-souris qui écholocalisent à proximité. Détecter les signaux plus faibles de chauves-souris plus distantes produit souvent un mécanisme de survie plus basique : s’éloigner de la source du son. Dans les deux cas, la sélection naturelle qui agit sur la variation à l’intérieur des populations des insectes est la source probable de ces adaptations ; alors que les chauves-souris ont commencé à utiliser l’écholocalisation pour chasser les insectes, les insectes qui possédaient la variation qui réduisait les chances de la réussite de la prédation se sont reproduits à plus grande vitesse, affinant ces réponses au cours du temps pour former ce que nous observons aujourd’hui.

Prédateur et proie : le papillon de nuit Bertholdia trigonia combat l’écholocalisation de la chauve-souris en produisant un son ultrasonique. (Image source: bat / moth)

Le papillon de nuit contre la chauve-souris

Certains papillons de nuit ont développé un mécanisme innovant en défense contre les chauves-souris qui écholocalisent : ils utilisent leurs membranes tympaniques pour produire des sons ultrasoniques en réponse à la détection des cris ultrasoniques des chauves-souris. Chez certaines espèces de papillons de nuit, cette réponse acoustique prévient les chauves-souris qu’ils sont toxiques et inappropriés à la consommation. Puisque les chauves-souris peuvent apprendre à éviter de tels papillons de nuit, on comprend que les espèces toxiques de papillons de nuit signalent leur présence pour ne pas être pris pour des espèces comestibles. Puisque des couleurs vives et autres démonstrations visibles (comme on les trouve sur d’autres insectes toxiques) ne peuvent être utilisées pour avertir les prédateurs la nuit, des sons caractéristiques sont employés à la place. Pour accomplir cela, le papillon de nuit fait vibrer sa membrane tympanique pour produire des ondes ultrasoniques que la chauve-souris entendra (puisque les chauves-souris écoutent ces mêmes fréquences pour l’écholocalisation). Les chauves-souris finissent par associer cette signature acoustique du papillon de nuit à leur goût toxique et non comestible, et évitent par la suite les autres papillons de nuit qui produisent le même son. En moyenne, les papillons de nuit qui produisent ce son éviteront avec plus de probabilité la prédation des chauves-souris (bien que certains membres de l’espèce des papillons de nuit doivent payer le prix ultime pour l’éducation des chauves-souris naïves).

Le papillon de nuit Bertholdia trigonia utilise cette approche et l’élève à un autre niveau. Non seulement il émet un bruit ultrasonique en réponse à l’approche d’une chauve-souris, mais en plus il interfère directement avec la capacité de la chauve-souris à écholocaliser. Les papillons de nuit qui ne font qu’utiliser un son pour avertir de leur toxicité émettent des signaux dans un patron qui ne produit pas d’interférence avec l’écholocalisation de la chauve-souris, mais le Bertholdia émet des explosions ultrasoniques qui provoquent une saturation. Des travaux récents sur ces papillons de nuit et leurs prédateurs chauves-souris ont distingué l’effet d’avertissement et l’effet de saturation en utilisant des chauves-souris habituées aux papillons de nuit et les poursuivant activement comme proie. La capacité des chauves-souris concentrées sur la capture des papillons de nuit était entravée quand les papillons de nuit étaient capables d’explosions ultrasoniques. Souvent, les chauves-souris perdaient le papillon de nuit dans les dernières étapes de leur attaque et revenaient au « mode recherche » au lieu de capturer le papillon de nuit. Les papillons de nuit incapables d’utiliser des contre-mesures ultrasoniques (à cause d’une ablation chirurgicale de leurs membranes tympaniques) étaient par comparaison des proies faciles. Cet exemple d’interférence active avec un prédateur qui écholocalise est jusqu’ici le seul que l’on connaisse dans la nature et représente un exemple frappant d’un trait formé par la coévolution. Une hypothèse actuelle est que le signal « de saturation » était à l’origine un signal d’avertissement, puisqu’avertir et/ou saturer ne sont pas des effets mutuellement exclusifs pour la signature acoustique d’une espèce ancestrale de papillons de nuit, surtout si cette espèce n’était pas toxique à tous les prédateurs potentiels.

Devant cette innovation, la balle est maintenant dans le camp des chauves-souris, pour ainsi dire, et les chauves-souris qui possèdent la variation qui leur permet de capturer ces papillons de nuit plus efficacement pourront laisser plus de descendants que les individus qui ne l’ont pas.

Dans le prochain billet de cette série, nous explorerons un type de relation encore plus intime entre les espèces : celle qui existe entre les parasites et leurs hôtes.

Pour en savoir plus :

Corcoran, A.J. et al., (2009). Tiger moth jams bat sonar. Science 325: 325 – 327. http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/325/5938/325

Yager, D.D. (1999). Structure, development and evolution of insect auditory systems. Microscopy Research and Technique 47: 380 – 400. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10607379