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La course d’orientation du papillon monarque

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La célèbre migration du papillon monarque vers le Mexique est possible grâce à un panel d'outils neuronaux dédiés à l'orientation de l'insecte. Que le ciel soit couvert ou non, la lumière en provenance du soleil est détectée et intégrée par une partie du cerveau du papillon surnommée le « compas solaire ».

Le papillon monarque effectue 3 à 4.000 kilomètres pour rejoindre le Mexique. © Derek Ramsey, Wikimedia, GNU Free Documentation License version 1.2

Le papillon monarque (Danaus plexippus) parcourt chaque année à l'automne des milliers de kilomètres pour atteindre, depuis l'Amérique du Nord, les chaleurs hivernales du Mexique. Par groupes de millions d'individus, ces insectes orange et noirs nous offrent un spectacle unique, d'autant plus éblouissant que les rouages biologiques sont encore mystérieux.

Alors que de nombreuses espèces d'Oiseaux sont habituées à effectuer de longues migrations annuelles, ce papillon est le seul Insecte connu à effectuer un tel périple. Les quelques scientifiques qui s'y intéressent ont accumulé au fil des ans des indices permettant de tendre vers la compréhension du mécanisme physiologique impliqué dans le voyage du monarque.

Suivez le Soleil…

L'hypothèse selon laquelle le soleil permet aux insectes de s'orienter n'est aujourd'hui plus à prouver. Steven Reppert de l'University of Massachusetts Medical School à Worcester et son équipe avaient pu mettre en évidence l'existence de deux types de récepteurs de la lumière (des cryptochromes) : l'un typique des Insectes, mais aussi un second plus proche de celui des Mammifères.

Ces protéines, impliquées dans l'horloge biologique de l'insecte, permettent alors probablement d'ajuster le vol en direction du sud en fonction de l'heure de la journée et donc de la position du soleil dans le ciel, perçue par le système visuel de ce papillon. Son système nerveux utilise donc le principe du compas solaire, qui se base sur la lumière solaire pour s'orienter.

Le complexe central (CC, en vert), une région du cerveau du papillon monarque, renferme le compas solaire. © Neuron

…même par temps nuageux !

Mais lorsque le ciel est nuageux et que le soleil n'est pas directement observable, les papillons ne se perdent pas pour autant ! Les mêmes chercheurs ont montré, dans un article paru dans la revue Neuron, qu'un système de navigation de secours équipait aussi les papillons monarques. Ce second système se base sur la lumière polarisée en provenance du ciel, la polarisation étant maximale à 90° de la position du soleil. Autrement dit, la plus forte polarisation est sur l'horizon quand le soleil est au zénith, ou haut dans le ciel au moment du crépuscule. Les angles de polarisation de la lumière (les vecteurs électriques) sont donc différents en fonction de l'heure de la journée.

Par chance, le système nerveux du papillon possède des neurones sensibles à ces polarisations, tout comme le criquet pèlerin. Mais vu la symétrie des informations fournies par ces champs électriques, ces deux insectes nécessitent un second appareillage pour éviter de se diriger de façon ambigüe. Alors que le criquet pèlerin a développé un système basé sur la coloration de la lumière (les longueurs d'onde) qui varie suivant la position du soleil, le papillon monarque utilise une autre stratégie.

Un compas solaire dans le cerveau

L'enregistrement de l'activité des neurones dédiés à la perception de la polarisation de la lumière a permis de montrer que leur activité évolue au fil de la journée, probablement grâce à l'horloge biologique. Cet ajustement automatique permet d'obtenir une représentation de l'azimut (l'angle horizontal entre le soleil et la direction à suivre) même par temps nuageux.

Les neurones impliqués dans la détection de la lumière polarisée ou de la position du soleil ne sont pas les mêmes, mais l'intégration de l'information se fait au final dans le « compas solaire », une région du cerveau localisée dans le complexe central.