Les hawkmoths du tabac ne sont pas attirés par les odeurs de fleurs lorsque les niveaux d’ozone sont élevés; cependant, les papillons de nuit peuvent apprendre que les odeurs modifiées par l’ozone peuvent offrir une récompense, c’est-à-dire le nectar.

Une équipe de chercheurs du Max Planck Institute for Chemical Ecology à Jena, en Allemagne, et de l’Université de Virginie, aux États-Unis, a étudié l’impact d’une pollution atmosphérique élevée à l’ozone sur la communication chimique entre les fleurs et les pollinisateurs. Ils ont montré que les faucons du tabac perdaient leur attrait pour le parfum de leurs fleurs préférées lorsque ce parfum avait été altéré par l’ozone. Ce polluant oxydant perturbe ainsi l’interaction entre une plante et son pollinisateur, relation qui évolue depuis des millions d’années. Cependant, lorsqu’ils en ont l’occasion, les faucons apprennent rapidement qu’un parfum désagréablement pollué peut conduire à un nectar nutritif ( Journal of Chemical Ecology , septembre 2020, DOI: 10.1007 / s10886-020-01211-4).

Pollinisation dans l’anthropocène

La pollinisation est un service écosystémique essentiel, qui est effectué principalement par les insectes. Les fleurs attirent les insectes en utilisant des parfums floraux, qui sont des signaux chimiques pour lesquels les pollinisateurs peuvent avoir une préférence innée. Cette préférence est le résultat de la relation co-évolutive entre les fleurs et leurs pollinisateurs qui a évolué sur des millions d’années.

Depuis une vingtaine d’années, le terme «anthropocène» est utilisé dans la communauté scientifique pour désigner l’époque géologique où les humains sont responsables de nombreux changements dans les processus biologiques et atmosphériques. Cependant, jusqu’à récemment, on en savait peu sur les effets du changement climatique anthropique et de la pollution atmosphérique sur les odeurs naturelles de l’environnement qui entraînent la communication chimique entre les organismes.

Une équipe de chercheurs du Max Planck Institute for Chemical Ecology et de l’Université de Virginie a étudié si la pollution par l’ozone causée par l’homme dans l’air influence l’attraction d’un papillon pollinisateur vers l’odeur de l’une de leurs fleurs préférées. L’ozone est un oxydant, un produit chimique hautement réactif et un polluant connu pour causer des maladies respiratoires chez l’homme. Maintenant, on pense également que l’ozone modifie les parfums floraux que les fleurs émettent pour attirer leurs pollinisateurs.

Pour leurs expériences, les scientifiques ont utilisé le hawkmoth du tabac Manduca sexta . «Le hawkmoth Manduca sexta est le modèle parfait pour notre étude. Bien qu’il soit très attiré par les odeurs de fleurs, il utilise également son système visuel pour localiser les fleurs. Les fleurs qui attirent généralement les fauconoths partagent souvent des composés spécifiques dans leur mélange et sont visuellement très visibles en raison de leur couleur blanche brillante », explique le chef de l’étude Markus Knaden, qui dirige un groupe de recherche au département de neuroéthologie évolutive de l’Institut Max Planck.

L’équipe de recherche a d’abord déterminé les compositions exactes des odeurs de fleurs – avec et sans augmentation de la teneur en ozone – et les concentrations respectives des composants d’odeurs individuels en utilisant la chromatographie en phase gazeuse. Pour les odeurs altérées par l’ozone, les chercheurs ont utilisé des concentrations d’ozone qui peuvent être mesurées par temps chaud dans l’habitat naturel des hawkmoths du tabac. Ils ont testé les réponses des papillons de nuit dans des tests comportementaux dans une soufflerie, permettant à l’insecte d’étudier à la fois l’odeur florale d’origine et l’odeur florale altérée par l’ozone.

«Nous avons été surpris, voire choqués, que l’attrait inné pour l’odeur des fleurs de tabac soit complètement perdu en présence d’une augmentation des niveaux d’ozone», a déclaré Knaden, décrivant ce qui a été observé au cours des expériences.

Les hawkmoths du tabac peuvent apprendre

La question restait de savoir si l’ozone dans l’air gâcherait l’appétit des hawkmoths du tabac affamés et en quête de nourriture, ou si cela empêcherait les insectes de trouver leur source de nourriture. Les insectes pourraient-ils comprendre que même les odeurs de fleurs polluées peuvent offrir des récompenses? Pour répondre à cette question, les chercheurs ont testé si les faucons du tabac pouvaient apprendre à accepter un parfum initialement peu attrayant comme signal alimentaire s’ils le sentaient tout en se voyant offrir une récompense en solution sucrée. Les chercheurs ont évalué plusieurs façons différentes dont le papillon de nuit pourrait apprendre à reconnaître les fleurs en fonction du parfum floral altéré par l’ozone. C’était essentiel pour relier ces expériences à l’apprentissage dans le monde réel. Dans le monde réel, un parfum floral n’est altéré par l’ozone que lorsqu’il se déplace sous le vent de la fleur et se mélange à l’ozone.

«Alors que nous prévoyions que Manduca sexta pourrait apprendre de nouveaux parfums floraux et espérions qu’ils pourraient apprendre le parfum floral pollué de leur fleur hôte, nous avons été étonnés de voir que Manduca sexta pourrait apprendre le mélange floral pollué de différentes manières , y compris l’apprentissage d’un parfum pollué qui a été découplé d’une récompense en sucre. Ce type d’apprentissage, que nous avons été surpris de trouver dans Manduca sexta , pourrait être très important dans la capacité des insectes à utiliser l’apprentissage pour faire face à leurs environnements en évolution rapide », déclare le premier auteur Brynn Cook de l’Université de Virginie. Ce qui est particulièrement remarquable et pertinent à propos de ce type de réactivité à un environnement changeant, c’est qu’il se produit en temps réel et non sur des échelles de temps évolutives.

La capacité d’apprentissage de Manduca sexta n’est pas claire

Bien que l’étude montre que les faucons du tabac peuvent apprendre à compter sur des panaches altérés par l’ozone et initialement peu attrayants pour reconnaître leurs fleurs, la pollution de l’air pose toujours un risque sérieux pour la pollinisation et les pollinisateurs. «L’apprentissage peut être essentiel pour que les insectes reconnaissent leurs plantes hôtes dans des environnements pollués, mais l’une des principales questions qui restent de notre étude est de savoir si les pollinisateurs pourront trouver leurs fleurs en premier lieu. Sans reconnaître initialement les odeurs, les pollinisateurs n’auront-ils que des repères visuels pour les aider à localiser les fleurs hôtes afin d’apprendre le parfum floral altéré par la pollution? Un autre aspect important à considérer est que d’autres pollinisateurs peuvent ne pas avoir la même facilité pour apprendre de nouvelles odeurs que Manduca sextaa. Les pollinisateurs spécialisés, par exemple, peuvent ne pas avoir cette flexibilité d’apprentissage. Notre étude n’est qu’un point de départ. Les études sur le terrain seront essentielles pour comprendre quelles fleurs et quels insectes sont les plus touchés par quels polluants, et probablement pourquoi », déclare Cook.

La pollution de l’air et le changement climatique ont des conséquences considérables sur notre écosystème; en aucun cas tous ces éléments n’ont été étudiés et compris. Par exemple, nous en savons encore peu sur l’impact des changements atmosphériques sur la communication chimique entre les plantes et les insectes. Non seulement les odeurs des plantes sont modifiées, mais aussi les phéromones sexuelles que les insectes femelles utilisent pour attirer les mâles. Les changements atmosphériques ont le potentiel de provoquer des altérations des phéromones qui pourraient conduire à un échec de l’accouplement. La mortalité des insectes a considérablement augmenté ces dernières années et des chercheurs du monde entier en recherchent les causes. Depuis 2020, le Max Planck Center next Generation Insect Chemical Ecology, une coopération entre la Max Planck Society et deux universités suédoises dans laquelle l’Institut Max Planck d’écologie chimique et les co-auteurs de l’étude.

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