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Les scientifiques s'interrogent sur la façon dont les papillons assemblent leurs écailles colorées

2021

Des signes de danger orange des papillons monarques aux bleus royaux du Blue Morpho, les papillons se présentent sous un véritable arc-en-ciel de couleurs.

Les insectes affichent ces teintes incroyables grâce aux écailles sur leurs ailes. Ces écailles sont constituées de cristaux, constitués d'une molécule de sucre appelée chitine (la même substance qui compose les exosquelettes et les champignons d'insectes). Les minuscules cristaux sur les écailles des papillons s'appellent des gyroïdes. Ils intéressent les biologistes, mais aussi les scientifiques des matériaux. Les gyroïdes des papillons sont pour plus minuscule et précis que tout ce que l'homme fait aujourd'hui.

Un nouvel article de Science Advances explore la façon dont ces cristaux se développent sur une aile de papillon alors qu'elle se métamorphose d'une chenille en une belle forme finale.

Les chercheurs ne peuvent pas encore installer une caméra dans un cocon pour suivre le processus en temps réel - bien que certains laboratoires travaillent exactement sur ce problème. D'une part, les appareils photo sont formidables, ils ne sont pas assez petits ni assez sensibles pour regarder des écailles se former en temps réel, et l'intérieur humide des cocons n'est pas idéal pour les appareils électroniques sensibles.

«La nymphose d'un papillon dure normalement environ deux semaines», explique Bodo Wilts, auteur principal de l'étude, dans un courrier électronique. «Les écailles grossissent en environ 2-3 jours à partir de la première forme identifiable à la pleine échelle, en fonction de l'espèce de papillon et des conditions d'élevage.»

Au lieu d'essayer de regarder les écailles et les gyroïdes se développer en temps réel, Wilts et ses collègues ont examiné les écailles matures du petit papillon à queue de poisson Thecla opisena du Mexique sous un microscope très puissant, leur permettant ainsi de voir de plus près les détails de la structure de l'aile.

«J'ai été ravi de voir le papillon pour la première fois au microscope optique», déclare Wilts. "Je m'attendais à retrouver le motif" habituel "des écailles vertes observé chez de nombreux papillons, mais j'ai plutôt constaté que chaque échelle d'aile portait des nanocristaux structurés qui n'étaient étonnamment pas interconnectés.

Dans ce papillon, les gyroïdes ont été disposés en rangées, de la plus petite à la plus grande, le long d’une seule échelle, ce qui lui donne son éclat et son pigment emblématiques et donne également aux chercheurs un aperçu de la façon dont ils auraient pu se former. Ils disent qu'au lieu de se développer dans un modèle prédéfini dans le cocon, la forme des structures semble se développer de manière dynamique au fil du temps.

Cette étude ne porte que sur l'une des 140 000 espèces de papillons au monde, mais il est fort probable que les chercheurs en sachent davantage sur la manière dont d'autres forment leurs patrons d'ailes distinctifs.

«Nous prévoyons que le mécanisme de croissance développé ici s’applique à d’autres papillons présentant un motif d’échelle similaire», déclare Wilts. Cependant, je suis convaincu qu'il est encore plus généralisable pour la plupart des écailles d'aile. Même si la diversité de la nanostructure chez les papillons est énorme, toutes les échelles partagent les mêmes mécanismes de croissance de base.

Wilts travaille actuellement sur une autre étude portant sur plusieurs espèces. Les nanostructures pourraient également en dire plus aux chercheurs sur d’autres organismes et structures, comme les mitochondries dans les cellules, qui présentent des motifs complexes similaires.

«Les recherches présentées ne peuvent qu'indirectement faire allusion à des mécanismes au niveau cellulaire, mais je prévois que les travaux futurs seront inspirés», déclare Wilts. «Il sera très important d’apprendre et de comprendre les principes qui sous-tendent ces schémas de pliage complexes au niveau moléculaire.»

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