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Quand un papillon de nuit rencontre une chauve-souris ou comment son système olfactif s’adapte à différents signaux sensoriels

Des chercheurs de l’Inra et leurs collègues scandinaves ont montré la capacité du système nerveux olfactif des insectes à s’adapter à des changements environnementaux. Leurs résultats originaux dévoilent que l’adaptation de l’insecte se fait à deux niveaux. Sur le plan physiologique, les scientifiques notent une augmentation de la sensibilité de certains neurones. Sur le plan comportemental, l’insecte soumis à un premier stimulus devient plus sensible à un autre message chimique. Ainsi, après avoir entendu les sons d’attaque émis par une chauve-souris, il est plus sensible au message chimique émis par la femelle. Cette faculté d’adaptation pourrait être mise à profit dans des stratégies de lutte intégrée contre les insectes dans le domaine de l’agriculture.

Spodoptera littoralis. © ©Inra, M. Renou
Mis à jour le 27/08/2016
Publié le 21/07/2011

Communiquer est vital pour survivre et se reproduire chez l'insecte qui utilise ses sens pour percevoir son environnement. S’il peut communiquer par des signaux sonores et visuels, la communication chimique est prépondérante dans sa vie. Alors qu’il évolue dans un environnement changeant  (réchauffement climatique, action croissante de l’homme sur le milieu),  il doit être capable d’adapter son comportement à des signaux sensoriels différents. L’homme peut également détourner le comportement d’un insecte en exploitant cette aptitude pour protéger cultures, forêts, denrées et autres contre des insectes nuisibles.

Comment étudier la réponse des insectes à des stimuli sensoriels variés

Les scientifiques de l’Inra en collaboration avec leurs collègues scandinaves, se sont intéressés à la capacité du système olfactif d’un papillon de nuit, la noctuelle Spodoptera littoralis, à s’adapter à des conditions environnementales changeantes. Pour cela, ils ont mesuré le déplacement de jeunes mâles de ce papillon dans un espace clos appelé « arène olfactomètrique »  en réponse à des odeurs. Ces insectes étaient préalablement  exposés ou non à un premier stimulus sensoriel avant d’être soumis à un second signal. Ces observations ont été complétées par des mesures d’électrophysiologie. Cet ensemble a permis d’étudier les effets d’une pré-exposition à différents stimuli sensoriels – sonores ou olfactifs – à deux niveaux, le comportement et le système nerveux central de l’insecte.

Le son émis par une chauve-souris augmente la sensibilité d’un papillon mâle à la phéromone sexuelle du papillon femelle de la même espèce. Les chercheurs ont ainsi mis en évidence que de jeunes mâles de Spodoptera littoralis exposés brièvement à un stimulus auditif qui imite les sons d’attaque émis par une chauve-souris - un prédateur insectivore - sont ensuite plus sensibles au message chimique produit par leur congénère femelle.
Ce message ou phéromone sexuelle déclenche une réponse physiologique et comportementale chez le mâle. Celui-ci se rapproche plus du point d’émission de la phéromone par rapport à un mâle non exposé au premier stimulus auditif. Au  niveau du cerveau de l’insecte, les chercheurs ont montré l’augmentation de la sensibilité des neurones olfactifs impliqués dans le traitement de l'information en rapport avec la phéromone.

Comportement et système nerveux central des insectes ont la capacité de s’adapter aux changements environnementaux

Alors que la sensibilisation et l'adaptation aux signaux de même nature ont été présentés dans de nombreux cas, et que certains des mécanismes neurobiologiques qui sous-tendent ces processus ont été décrits, ces résultats présentent l’originalité de montrer que ces effets ne se limitent pas à la même modalité sensorielle (ici, le premier stimulus est auditif et le second est chimique).
Ces données fournissent également la preuve que le système olfactif de l’insecte est capable de  s’adapter aux changements environnementaux, non seulement au niveau comportemental, mais aussi sur le plan nerveux central. Les mécanismes de réorganisation du réseau neuronal et les effets de neuromodulateurs potentiellement responsables de cette plasticité sont en cours d'étude.

Le fait que les systèmes olfactifs fonctionnent de la même façon chez les insectes et chez les vertébrés, dont l’homme, suggèrent de possibles ouvertures dans le domaine médical ou celui de la psychologie de l'environnement pour l'homme ou pour les animaux d'élevage.
Plus encore, ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives en matière de lutte intégrée* en agriculture, par exemple en exploitant les effets de stimuli d'une modalité sur la perception de stimuli d'une autre modalité en rapport avec le comportement.

* La protection intégrée a été définie par l'Office international de lutte biologique (ou OILB) en 1973 comme un système de lutte contre les organismes nuisibles qui utilise un ensemble de méthodes satisfaisant les exigences à la fois économiques, écologiques et toxicologiques, en réservant la priorité à la mise en œuvre délibérée des éléments naturels de limitation et en respectant les seuils de tolérance.

Référence

Anton S. et al. 2011. Brief predator sound exposure elicits behavioral and neuronal long-term sensitization in the olfactory system of an insect.  Proceedings of the National Academy of Science of the United States of America 108: 3401.

Spodoptera littoralis, entre ravageur de cultures et modèle d’étude

Spodoptera littoralis est un papillon de nuit de la famille des noctuelles, dont les chenilles ravagent les cultures.

Dans son aire d’origine, l’Egypte, elle est un des plus dangereux ravageurs du cotonnier. Au sud du Bassin méditerranéen, ce papillon attaque notamment les cultures industrielles (tomate, piment doux, cotonnier, maïs) et légumières. Elle a également été trouvée dans plusieurs pays d’Europe, dont la France, où elle ne semble pas encore avoir d’habitat fixe. En Italie, l'espèce sévit surtout dans les serres où elle provoque des dégâts aux productions horticoles et floricoles, reconnaissables aux larges morsures que portent les feuilles. Plantes potagères et légumineuses fourragères en sont également victimes. Elle est l'une des espèces les plus fréquemment interceptées  sur les plantes ornementales importées en Europe et représente un réel danger pour les cultures sous-serres du nord de l'Europe.

Elle représente également une espèce biologique de choix :

  • elle constitue une espèce d'intérêt agronomique dans la perspective de contribuer au développement des méthodes de protection intégrée des cultures ;
  • son appareil sensoriel, son système nerveux, relativement simple et accessible, ainsi que les gènes impliqués dans l'olfaction sont bien connus ;
  • son comportement a été largement étudié et décrit ;
  • c’est un insecte facile à élever.