Si vous voulez voir l’une des merveilles du monde naturel, il suffit de surprendre un scarabée bombardier. Mais attention : lorsque les coléoptères ont peur, ils inonder une chambre interne avec un cocktail complexe de produits chimiques aromatiques, déclenchant une cascade de réactions chimiques qui fait exploser le fluide et l’envoie jaillir de la buse de pulvérisation de l’insecte dans une mitrailleuse impulsion de vapeur toxique et brûlante. L’éclatement explosif et à haute pression de produits chimiques nocifs ne nuit pas au scarabée, mais il tache et irrite la peau humaine – et peut tuer des ennemis in addition petits.
L’arsenal extraordinaire du scarabée a été présenté par certains comme une preuve de l’existence de Dieu : remark diable, selon les créationnistes, un mécanisme de défense aussi complexe et en plusieurs étapes pourrait-il évoluer par hasard? Maintenant, des chercheurs du Stevens Institute of Technological know-how de Hoboken, dans le New Jersey, montrent comment le coléoptère bombardier concocte ses explosifs mortels et, au cours de ce processus, apprennent comment l’évolution a donné naissance à la remarquable puissance de feu du coléoptère.
“Nous expliquons pour la première fois comment ces coléoptères incroyables biosynthétisent des produits chimiques pour créer du carburant pour leurs explosions”, a déclaré Athula Attygalle, professeur-chercheur en chimie et auteur principal de l’ouvrage, qui paraît aujourd’hui dans le numéro de juillet 2020 de Science of Nature.. “C’est une histoire fascinante que personne n’a pu raconter auparavant.”
Pour retracer le fonctionnement de l’ensemble de chimie interne du coléoptère, Attygalle et ses collègues de l’Université de Californie, Berkeley ont utilisé du deutérium, un isotope d’hydrogène exceptional, pour étiqueter des mélanges chimiques spécialement synthétisés. L’équipe dirigée par Kipling Will a ensuite injecté les produits chimiques marqués au deutérium dans les fluides internes des coléoptères, ou les a mélangés avec de la nourriture pour chiens et les a nourris aux coléoptères sur une période de plusieurs jours.
L’équipe d’Atytygalle a calmé les insectes en les faisant sauter dans le congélateur, puis en tirant doucement sur leurs jambes, agaçant les insectes endormis jusqu’à ce qu’ils lancent leurs pulvérisations défensives sur des papiers filtres soigneusement placés. L’équipe a également disséqué certains coléoptères, en utilisant des cheveux humains pour attacher les minuscules conduits reliant leurs réservoirs de produits chimiques et leurs chambres de réaction, et en échantillonnant les produits chimiques bruts utilisés pour générer des explosions.
À l’aide de spectromètres de masse, Attygalle a vérifié les échantillons envoyés à Stevens pour les produits marqués au deutérium, lui permettant de déterminer exactement quels produits chimiques les coléoptères avaient incorporés dans leurs kits de fabrication de bombes. “Les gens spéculent à ce sujet depuis au moins 50 ans, mais nous avons enfin une réponse claire”, a déclaré Attygalle. “Il s’avère que la biochimie des coléoptères est encore as well as complexe que nous ne le pensions.”
Auparavant, les chercheurs avaient supposé que deux produits chimiques toxiques de form benzène appelés benzoquinones trouvés dans les aérosols des coléoptères étaient métabolisés à partir de l’hydroquinone, un produit chimique toxique qui chez l’homme peut provoquer le cancer ou des dommages génétiques. L’équipe de Stevens a montré qu’en fait, une seule des benzoquinones du scarabée dérivait de l’hydroquinone, l’autre provenant d’un précurseur complètement distinct: le m-crésol, une toxine trouvée dans le goudron de houille.
Il est fascinant que les coléoptères puissent métaboliser en toute sécurité ces produits chimiques toxiques, a déclaré Attygalle. Dans ses études futures, il espère suivre la chaîne d’approvisionnement chimique des coléoptères additionally en amont, pour savoir comment les précurseurs sont biosynthétisés à partir de substances naturellement disponibles.
Les résultats de l’équipe montrent également que les explosifs des coléoptères dépendent des voies chimiques trouvées dans de nombreux autres crawl rampants. D’autres animaux comme les mille-pattes utilisent également des benzoquinones pour décourager les prédateurs, bien qu’ils n’aient pas la capacité du bombardier de faire exploser leurs défenses chimiques. Les créatures évolutives éloignées telles que les araignées et les mille-pattes utilisent également des stratégies similaires, suggérant que plusieurs organismes ont indépendamment évolué les moyens de biosynthétiser les produits chimiques.
C’est un rappel que le scarabée bombardier, bien que remarquable, fait partie d’une tapisserie évolutive riche et complètement naturelle, a déclaré Attygalle. “En étudiant les similitudes et les différences entre la chimie des coléoptères, nous pouvons voir moreover clairement comment elles et d’autres espèces s’intègrent dans l’arbre évolutif”, a-t-il expliqué. “Les coléoptères sont incroyablement divers, et ils ont tous des histoires chimiques incroyables à raconter.”