Des scientifiques découvrent que le venin des fourmilions a changé pour s’adapter à leur niche écologique

Dans une nouvelle étude publiée dans Biologie des communicationsDes chercheurs de l’Institut Max Planck d’écologie chimique et de l’Université de Giessen démontrent que l’adaptation des fourmilions à leur niche écologique a également modifié leur venin.

Les scientifiques ont comparé le système de venin du fourmilion et celui des larves de chrysopes vertes, qui leur sont étroitement apparentées. Les fourmilions produisent un venin beaucoup plus complexe à partir de trois glandes à venin différentes que les larves de chrysopes. Toutes les protéines du venin identifiées proviennent des insectes eux-mêmes, et non de bactéries symbiotiques.

Certaines toxines sont nouvelles et semblent spécifiques aux fourmilions. En attendant leurs victimes dans des pièges creusés dans le sable, les fourmilions peuvent utiliser leur venin pour immobiliser des proies plus grosses. Le venin joue donc un rôle écologique important dans l’adaptation à leur habitat aride.

Les larves d’insectes à ailes réticulées sont des prédateurs qui utilisent leur venin pour attraper et digérer d’autres arthropodes. Les membres les plus connus de cet ordre sont les familles des chrysopes vertes et des fourmilions. Les larves de chrysopes vertes sont souvent utilisées comme insectes utiles dans les serres car elles se nourrissent de pucerons et sont donc parfois appelées « lions de pucerons ».

Les fourmilions vivent uniquement dans des habitats secs et sablonneux, où ils construisent des pièges en forme d’entonnoir dans le sable et attendent les insectes qui les attaquent. Comme il n’y a pas beaucoup d’insectes dans cet environnement aride, les fourmilions ne peuvent pas être exigeants quant à leurs proies.

Les ressources alimentaires étant très limitées, ils doivent maîtriser et tuer rapidement même les insectes proies de grande taille et défensives pour survivre. Pour ce faire, ils ont besoin d’un venin puissant capable de paralyser efficacement leur proie et de l’empêcher de s’échapper.

Venin complexe produit par un appareil à venin doté de trois glandes à venin différentes

L’équipe de recherche, dirigée par Heiko Vogel de l’Institut Max Planck d’écologie chimique et Andreas Vilcinskas de l’Université de Giessen, voulait en savoir plus sur le venin du fourmilion.

Les chercheurs voulaient notamment savoir d’où venait le venin et s’il était produit par des bactéries symbiotiques, quels organes étaient responsables de la production du venin, quelle était la composition du venin et en quoi le système venimeux et la toxicité du venin différaient de ceux des larves de chrysopes vertes apparentées.

« Nous avons identifié un total de 256 protéines du venin du fourmilion. La complexité de l’ensemble de l’appareil venimeux est extraordinaire, avec trois glandes différentes injectant différents venins et enzymes digestives dans la proie via les pinces.

« Le venin du fourmilion est beaucoup plus complexe et efficace que celui du puceron-lion, chez lequel nous n’avons pu identifier que 137 protéines des glandes à venin. Grâce à des analyses génétiques, nous avons également découvert des toxines qui semblent propres aux fourmilions », explique Maike Fischer, première auteure.

L’équipe de recherche a utilisé diverses méthodes de biologie moléculaire, histologique et de reconstruction tridimensionnelle pour étudier l’expression des gènes, la diversité des protéines et la structure des glandes à venin.

Les scientifiques ont également utilisé la technique HCR-RNA-FISH, une combinaison d’hybridation in situ par fluorescence (FISH) et de réaction d’hybridation en chaîne (HCR), pour visualiser et mesurer la distribution et la quantité de molécules d’ARN dans les cellules individuelles. Ils ont pu montrer que trois minuscules glandes à venin différentes du fourmilion sont impliquées dans la sécrétion du venin et produisent différentes protéines du venin.

Les fourmilions survivent sans l’aide des bactéries

L’analyse par hybridation in situ en fluorescence pour visualiser les bactéries dans les tissus a également montré que les fourmilions sont apparemment dépourvus de partenaires symbiotiques bactériens. Ce résultat a surpris l’équipe de recherche.

« Il est étonnant que les fourmilions n’aient pas de bactéries dans leur corps. D’un côté, c’est inhabituel, car la plupart des animaux abritent un grand nombre de micro-organismes, notamment dans l’intestin, dont certains sont essentiels à la survie.

« D’un autre côté, nous nous attendions à la présence de bactéries dans le système du venin, car on supposait auparavant que certaines protéines du venin du fourmilion étaient produites par des bactéries », explique Martin Kaltenpoth, qui dirige le département de symbiose des insectes à l’Institut Max Planck d’écologie chimique.

L’appareil venimeux spécial est une adaptation à la niche écologique du fourmilion

Les insectes à ailes réticulées présentent un intérêt particulier pour la lutte biologique, par exemple dans les serres. Le rôle et l’évolution de la composition du venin chez différentes espèces d’insectes à ailes réticulées ont été largement négligés.

« Nos résultats montrent que différents habitats et spectres de proies ont une forte influence sur la composition et l’activité du venin des insectes à ailes réticulées, et que leur dynamique pourrait avoir un impact majeur sur l’évolution des relations prédateur-proie.

« Les fourmilions produisent un mélange complexe de venin qui leur permet de vaincre même les gros insectes défensifs dans leur habitat pauvre en proies. De plus, ils ont développé des structures uniques au cours de l’évolution qui leur permettent d’injecter soit du venin, soit des enzymes digestives dans leurs proies via leurs pièces buccales dans des systèmes séparés », explique Vogel, responsable du groupe de projet « Adaptation et immunité » du département Symbiose des insectes.

Vilcinskas, de l’Université de Giessen et directeur du département Bioressources de l’Institut Fraunhofer de biologie moléculaire et d’écologie appliquée (IME), continue de surveiller l’efficacité et la complexité du venin du fourmilion.

« Nous avons pu montrer que le venin de fourmilion est très efficace lorsqu’il est injecté dans les insectes. Cependant, nous ne savons pas quelles substances sont responsables de cette toxicité. Il serait intéressant de découvrir quels composants jouent quels rôles dans ce venin très complexe et en quoi il se distingue des autres venins d’insectes. Les toxines que l’on trouve uniquement dans le fourmilion sont particulièrement intéressantes », dit-il, en attendant de nouvelles recherches.