Comment se forger une carapace ?

Résultats scientifiques

Comment se forment les carapaces des insectes ? Pourquoi sont-elles plus ou moins dures, d’où vient leur couleur ? Une étude menée par les scientifiques du laboratoire EcoFoG, de l’Université de Cornell (USA), des laboratoires CEISAM et CEMHTI sur l’espèce de fourmis Cephalotes varians révèle que leurs bactéries intestinales fabriquent des acides aminés impliqués dans la formation de la cuticule. Résultats à retrouver dans la revue Nature Communications.

Les cuticules d’insectes sont principalement composées de protéines, du biopolymère chitine et d’agents de réticulation. L’assemblage complexe à l’échelle microscopique de ces composants assure des propriétés mécaniques exceptionnelles à cet exosquelette (dureté, élasticité, résistance à la fracture). De récentes études ont suggéré que des bactéries vivant en symbiose avec les insectes pourraient participer à la formation de cette cuticule. Cependant aucune expérience n’a encore permis de tester à l’échelle moléculaire cette hypothèse de biologie évolutive.

 

Pour apporter une réponse à cette question, les scientifiques du laboratoire EcoFoG (AgroParisTech, CNRS, INRAE, Cirad, Université des Antilles, Université de Guyane), de l’Université de Cornell (USA), des laboratoires CEISAM (CNRS, Université de Nantes) et CEMHTI (CNRS, Université d’Orléans), l’Université Calvin (USA), et l’entreprise Bruker (Suisse) ont cherché à comprendre comment les carapaces des fourmis Cephalotes varians étaient synthétisées. En effet, se nourrissant uniquement de tissus végétaux, les fourmis hébergent des bactéries intestinales qui enrichissent leur régime alimentaire, pauvre en azote, en synthétisant des acides aminés à partir des déchets métaboliques comme l’urée.

 

En utilisant de l’urée marquée avec son isotope azote 15N qu’ils ont pu tracer par spectrométrie de masse et spectroscopie RMN, les équipes ont montré que tous les composants cuticulaires (protéines, chitine et agents de réticulation) étaient enrichis en 15N, mettant en évidence l’apport en azote dans la cuticule par bactéries symbiotiques qui réalisent la transformation de l’urée. Ces résultats montrent que acides aminés produits par les bactéries sont utilisés dans les différentes voies de biosynthèse nécessaires à la formation de la cuticule. Résultats qu’il faut maintenant tenter de relier aux propriétés mécaniques de ces carapaces…

image duplais
Illustration de l’enrichissement de la cuticule en 15N par les bactéries intestinales de la fourmi Cephalotes varians.
 ©Photographie de fourmi utilisée avec la permission du Field Museum of Natural History (FMNHINS 0000 062 654).

Référence

C. Duplais, V. Sarou-Kanian, D. Massiot, A. Hassan, B. Perrone, Y. Estevez, J. T. Wertz, E. Martineau, J. Farjon, P. Giraudeau & C. S. Moreau.

Gut bacteria are essential for normal cuticle development of herbivorous turtle ants

Nature Communications (2021)

Doi : 101038/s41467-021-21065-y

Contact

Christophe Duplais
Chercheur - Laboratoire Écologie des forêts de Guyane
Anne-Valérie Ruzette
Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS
Stéphanie Younès
Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS
Christophe Cartier dit Moulin
Chercheur à l'Institut parisien de chimie moléculaire & Chargé de mission pour la communication scientifique de l'INC