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Étonnant : un semblant de photosynthèse observé chez un puceron

Fabriqués par les plantes, les caroténoïdes sont des pigments utilisés pour capter de l'énergie lumineuse durant la photosynthèse. On vient de découvrir que les pucerons, des aphididés, pourraient également en créer et même... s'en servir pour produire de l’ATP, une première chez un insecte.

Le puceron vert du pois (Acyrthosiphon pisum), un insecte homoptère mesurant 2,5 à 4,4 mm de long, parasite de nombreuses plantes de la famille des légumineuses (pois, haricot, luzerne, etc.). © Bettaman, Flickr, CC by-nc-sa 2.0 Le puceron vert du pois (Acyrthosiphon pisum), un insecte homoptère mesurant 2,5 à 4,4 mm de long, parasite de nombreuses plantes de la famille des légumineuses (pois, haricot, luzerne, etc.). © Bettaman, Flickr, CC by-nc-sa 2.0

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Les plantes sont des organismes photosynthétiques. Elles produisent de l’énergie grâce à la lumière solaire, à de l’eau et à du CO2 à l’intérieur de chloroplastes. Plusieurs pigments sont chargés de « récolter l’énergie lumineuse ». La chlorophylle sous sa forme a, par exemple, réagit aux rayons lumineux ayant une longueur d’onde de 430 ou 664 nm. Le bétacarotène, un caroténoïde, possède quant à lui une plage d’absorption maximale comprise entre 400 et 500 nm.

Les animaux sont incapables de produire des caroténoïdes bien qu'ils en aient besoin pour vivre. Plusieurs molécules appartenant à ce groupe possèdent en effet un fort pouvoir antioxydant ou participent au bon fonctionnement du système immunitaire. Sans grand mystère, les caroténoïdes dont les hétérotrophes ont besoin doivent être ingérés. Un seul groupe animal ferait exception à la règle : les pucerons (ou aphididés). Ces insectes posséderaient, selon une étude parue en 2010, les gènes requis pour synthétiser naturellement ces pigments.

Une question restait sans réponse depuis cette découverte : quel avantage pourrait-il y avoir à générer soi-même et en aussi grande quantité des caroténoïdes ? Des chercheurs menés par Alain Robichon de l’Institut Sophia Agrobiotech semblent avoir trouvé la réponse : les molécules produites par le puceron vert du pois pourraient être utilisées pour… capturer la lumière solaire et créer de l’énergie, à la manière des plantes photosynthétiques ! Ce résultat vient d’être publié dans la revue Scientific Reports.

Acyrthosiphon pisum est considéré comme une espèce modèle pour étudier différents aspects de la vie des pucerons. Cet animal possède environ 34.000 gènes répartis sur 8 chromosomes. Le matériel génétique codant pour la synthèse des caroténoïdes proviendrait apparemment d'un champignon. © jpeccoud, Wikimedia common, CC by 3.0
Acyrthosiphon pisum est considéré comme une espèce modèle pour étudier différents aspects de la vie des pucerons. Cet animal possède environ 34.000 gènes répartis sur 8 chromosomes. Le matériel génétique codant pour la synthèse des caroténoïdes proviendrait apparemment d'un champignon. © jpeccoud, Wikimedia common, CC by 3.0

Puceron vert : une quantité d’énergie dépendante de la lumière

Le puceron vert du pois Acyrthosiphon pisum est vert quand il fait froid (8 °C), orange en conditions de vie optimales (22 °C) et blanc si la population est trop grande et les ressources peu nombreuses. Des spécimens ont été placés dans le noir total ou/puis exposés à 18 heures de lumière par jour. La quantité d’adénosine triphosphate (ATP) présente en leur sein, la source d'énergie du métabolisme des êtres vivants, a ensuite été mesurée. Les individus verts possédaient des niveaux d’ATP plus élevés que les blancs. Aucune variation n’a cependant été observée chez ces deux groupes entre les deux conditions expérimentales. Le cas des insectes orange, non dotés de réserves lipidiques comme les verts, est plus intéressant. La production d’ATP a fortement diminué chez les organismes élevés dans le noir puis augmenté lors de leur retour à la lumière, signe que ce facteur pourrait conditionner une importante synthèse de molécules énergétiques.

Les pigments ont été localisés directement sous la cuticule des insectes, une position idéale pour capter la lumière solaire, au sein d’une couche présentant une épaisseur de 0 à 40 µm. On a extrait des caroténoïdes chez des pucerons orange analysés par diverses méthodes employant notamment des spectromètres. Des pics d’absorption ont très nettement été observés. Les pigments peuvent donc bien capter la lumière. Ils ont ensuite été mis en présence de sels de tétrazolium puis placés ou non sous un éclairage artificiel. Un précipité bleu a confirmé un point essentiel : des électrons sont libérés en présence de lumière. Un accepteur d’électron au potentiel redox similaire à celui de la coenzyme NAD+ présente chez les plantes a même été trouvé. Les caroténoïdes des aphididés peuvent donc capter de l'énergie solaire et la transmettre par une voie similaire à celle pratiquée par les photosystèmes de la photosynthèse.

Les auteurs de l’étude ont néanmoins tenu à préciser que ces expériences constituaient un début, mais qu’il faudrait encore du temps avec d'affirmer que ces insectes « photosynthétisent » ou non. Cette action implique en effet une capture de CO2 qui n’a pas été étudiée chez les insectes. Les découvertes faites chez les pucerons constituent une grande première. Une nouvelle question se pose désormais : quelle est l’utilité de cette fonction puisque ces animaux obtiennent déjà beaucoup de sucre, le produit final de la photosynthèse, grâce à leur alimentation ?


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