Les couleurs du camouflage des phasmes : des « supermutations » révélées par cartographie génétique

Nombre d’animaux s’avèrent être des maîtres dans l’art du camouflage à la suite de mutations génétiques et par sélection naturelle. En particulier, les phasmes¹, insectes herbivores en forme de branche, de feuille, ou de tige épineuse, présentent des couleurs et des formes qui miment presque parfaitement leurs plantes hôtes (Fig. 1), ce qui leur permet d’échapper à la vue de leurs prédateurs. Les phasmes du genre Timema arborent des teintes diverses : certaines espèces sont seulement brunes ou vertes, tandis que d'autres ont des teintes allant du rose-rougeâtre au vert et au brun. Comment ces colorations variées, dénommées cryptiques², sont-elles apparues ? Dans un article publié en juillet 2020, une équipe internationale menée par Patrik Nosil apporte des éléments de réponse sur la base d’une étude génomique approfondie.³

Fig. 1. Un phasme de l’espèce Timema poppensis. Des millénaires d’évolution adaptative ont conduit aux élégants motifs colorés de cet insecte qui miment parfaitement les feuilles de son arbre hôte, le séquoia Sequoia sempervirens. Crédit : Moritz Muschick (avec son aimable autorisation). Image primée en 2013 (BMC Ecology image competition).

Les subtilités des mutations génétiques modifiant l’apparence

Les traits caractéristiques d’un être vivant, notamment ses couleurs, sont contrôlés par de nombreux gènes. Sous l’influence de l’environnement dans lequel cet être vit, certains gènes ont été privilégiés par la sélection naturelle. Ils ont été identifiés chez un certain nombre d’animaux et de végétaux, mais les mécanismes génétiques de l’adaptation sont loin d’être complètement élucidés. Dans la plupart des cas, on ignore en effet le type et le nombre de mutations génétiques adaptatives. L’adaptation implique en outre souvent plusieurs gènes pouvant interagir mutuellement. Dans certains cas, des « supergènes », c’est-à-dire des séquences continues et indissociables de plusieurs gènes, sont impliquées dans le mimétisme⁴ : par exemple, un supergène constitué de 20 gènes indissociables a été identifié chez les papillons tropicaux de l’espèce Heliconius numata,⁵ ce qui leur permet de conserver, de génération en génération, leur ressemblance avec des papillons toxiques auxquels les prédateurs ne se frottent pas.

C’est pourquoi les recherches sur les fondements génétiques des traits caractéristiques ne doivent pas se limiter à l’étude de gènes individuels et de petites mutations. Tout l’intérêt qu’offrent les travaux de Patrik Nosil et ses collègues est justement de révéler l’importance du rôle joué par des mutations et des réarrangements structurels à grande échelle dans le génome en prenant comme objets d’étude diverses espèces de phasmes.³

La cartographie génétique révèle des « supermutations »

Chez les phasmes du genre Timema, la plupart des espèces sont de couleur verte ou brune pour mimer respectivement les couleurs des feuilles et des tiges des plantes hôtes. Cependant, l’espèce Timema chumash se distingue par sa gamme variée de couleurs : vert et brun, mais aussi jaune, rose, brun-roux, beige et bleuté (Fig. 2).

Fig. 2. Les phasmes de l’espèce Timema chumash présentent une remarquable variété de couleurs alors que les autres espèces sont le plus souvent de couleur verte ou brune, comme Timema californicum. Crédit : Moritz Muschick (avec son aimable autorisation).

En utilisant des méthodes de cartographie du génome, Patrik Nosil et ses collègues ont montré que la variété de couleurs de l’espèce Timema chumash était due à de multiples locus (gènes situés en des emplacements précis sur le chromosome). Ils ont également découvert que chez sept autres espèces du genre Timema, une « supermutation », c’est-à-dire la suppression d’une séquence d’un million de paires de bases, a fait disparaître ces locus de couleur, ce qui explique la couleur seulement verte de ces espèces (comme celle de la figure 1).

De telles mutations à grande échelle permettent d’expliquer les sauts évolutifs rapides et les difficultés d'observation de formes intermédiaires ou transitoires. Elles contribuent ainsi à répondre à l'une des plus grandes interrogations de Darwin sur la validité de sa théorie de l'évolution par sélection naturelle. Bien que l’étude décrite ici se limite aux couleurs cryptiques des phasmes, des processus similaires pourraient sous-tendre l'évolution d'autres formes de diversité, telles que les écotypes⁶ ou les espèces.

Remerciements à Patrik Nosil et ses collègues, en particulier Romain Villoutreix pour la relecture de cet article et Moritz Muschick pour les images qui y sont présentées.

Références et notes

¹ Le mot « phasme » vient du grec ancien phásma qui signifie « fantôme, apparition ».

²Les couleurs cryptiques (du grec ancien kruptikos, « propre à dissimuler ») se divisent en couleurs procryptiques et anticryptiques selon qu’elles servent à camoufler respectivement une proie ou un prédateur.

³R. Villoutreix et al., « Large-scale mutation in the evolution of a gene complex for cryptic coloration », Science, vol. 369 (6502), pp. 460-466, 2020. DOI: 10.1126/science.aaz4351

Les auteurs de cet article appartiennent aux organismes suivants : Université de Sheffield (Royaume-Uni), Centre d’écologie fonctionnelle et évolutive CNRS, Université Paul Valéry de Montpellier (France), Université de Berne et Institut fédéral suisse des sciences et technologies aquatiques (Suisse), Campus Juriquilla de l'Université autonome de Querétaro (Mexique), Université de Notre Dame (USA) et Université du Nevada-Reno (USA).

⁴En toute rigueur, il convient de distinguer le camouflage et le mimétisme, car pour les spécialistes, le terme de mimétisme doit se limiter à la ressemblance entre deux espèces, différentes du point de vue zoologique, telles que l’une, inoffensive, mime l’autre, dangereuse (toxique, venimeuse, ou porteuse d’épines), ou bien telles que l’une, comestible, mime l’autre, immangeable (goût exécrable, odeur nauséabonde). Voir : B. Valeur, É. Bardez, La lumière et la vie. Une subtile alchimie, Belin, 2015.

⁵P. Jay et al., « Supergene evolution triggered by the introgression of a chromosomal inversion », Current Biology, vol. 28, 2018. https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.04.072 – « Un supergène pour la survie », communiqué de presse du CNRS du 24 mai 2018.

⁶Écotype : variété d'une espèce sélectionnée dans une population hétérogène par des facteurs écologiques dominants, mais non liée à une aire géographique déterminée (CNRTL).