Jeunes demoiselles à l’étude !

Lors de nos petites vacances dans le Sud de la France, nous avons découvert moultes paysages, animaux, activités humaines… Toujours un plaisir de concilier vacances farniente avec vacances « remue méninges ».
Bref, nous avons pu apprécier les joies de la balade en bordure de rivière (après passage près d’un magnifique champ d’oliviers) et découvrir de magnifiques insectes qui ont captivé nos mirettes toute l’après-midi. Pour les enfants (et moi aussi – pas de solides connaissances en entomologie), il s’agissait de jolies libellules. Que nenni !
Les couleurs captivantes, métallisées, irisées, d’un bleu profond m’ont donné envie de creuser le sujet afin d’identifier les bestioles et mettre en avant certains caractéristiques. Bref, ce ne sont pas des libellules mais des demoiselles, de l’espèce « Calopteryx virgo » (vierge), famille des odonates (ou odonatoptères) sous-groupe des zygoptères.

Voici le séduisant mâle !

Voici la jolie femelle

Alors intéressons-nous de plus près à ces jolies demoiselles.

L’aspect lisse et brillant du corps
Cette propriété est due au fait que le corps et les ailes de l’insecte sont recouverts d’une couche dense de cire de structure cristalline. Comme pour bon nombre de cires, il s’agit de longues chaînes d’esters d’acide gras saturés  (parfois de rares insaturations pour les libellules et demoiselles) composées de 20 à 50 atomes de carbones.

A quoi cela sert-il ?
Vu la tête de la molécule, rien d’étonnant à ce que l’affinité avec l’eau soit des plus faibles. Bref, on l’aura compris, cette couche de cire assure l’hydrophobie du corps de l’insecte (et de ses ailes) ; une belle barrière waterproof ce qui confère des avantages certains aux arthropodes :
– elle les empêche d’être piégé par l’eau lorsqu’ils sont immergés (totalement ou partiellement) ou en cas de pluie ou d’éclaboussures,
– prévient le dépôt de rosée du matin,
– favorise l’écoulement d’eau le long des ailes notamment (effet auto-nettoyant),
– assure un vol efficace en toutes circonstances (des ailes alourdies par des gouttes d’eau remettraient en cause la survie lors d’une course pour échapper aux prédateurs).

Si on y regarde d’un peu plus près (enfin avec un bon équipement !), on peut se rendre compte d’une organisation cristalline à l’échelle nanométrique sous forme d’une surface rugueuse, épineuse qui réduit énormément le contact en cas de dépôt d’une goutte d’eau. Ceci est particulièrement efficace pour augmenter l’hydrophobie.

Au niveau des ailes, ce sont les nervures qui contiennent de nombreux bâtonnets de cire.

Mais ce n’est pas tout… quand on regarde bien, on se rend compte que la bestiole est équipée de nombreux poils : ceux qu’on voit à l’œil nu mais aussi des plus fins.

Les chercheurs ont longtemps logiquement pensé que ceux-ci permettaient d’emprisonner une certaine quantité d’air ce qui augmentait encore la répulsion de l’eau. Certains affirment qu’en fait ces poils jouent plutôt un rôle protecteur de la cire, pour éviter son usure avec le temps et donc une perte d’hydrophobie avec le temps.

Quant aux poils aux pattes, ils permettent de glisser sur l’eau, d’y marcher sans s’y enfoncer (grâce aussi à la tension superficielle élevée de l’eau)

Petite différence entre la femelle et le mâle (outre la couleur) sur cet aspect :

L’hydrophobie doit être particulièrement importante pour la femelle. En effet, les femelles Calopteryx pondent dans l’eau (jusqu’à 300 œufs d’un coup) et doivent pouvoir survivre immergées plus longtemps que les individus mâles : ceux-ci ne s’y risquent guère (enfin de façon plus intense) que pendant la période des amours.
Les femelles, surtout lorsqu’elles sont âgées, ont une densité de poils rigides sur les nervures des ailes beaucoup plus forte que leur partenaire masculin.
Mais c’est surtout la présence du pterostigmas qui change la donne: une zone épaissie blanche du bord de l’aile.Cette partie est plus marquée, épaisse chez la femelle ce qui assure une meilleure « flottabilité » et une plus grande facilité à sortir de l’eau.

La couleur métallisée, irisée

La couleur est due à un pigment que nous connaissons bien : la mélanine (composant important chez l’homme au niveau des cheveux, de la peau et des yeux). On le sait bien, plus la teneur en mélanine est élevée, plus notre peau est foncée : l’absorption de la lumière est plus forte (en toute rigueur, une plus grande proportion de « couleurs » ou longueurs d’onde est absorbée) . L’apparition des cheveux blancs au contraire résulte d’un déficit en production en mélanine.
C’est exactement ce qui se passe chez les insectes qui nous intéressent ici : une très forte concentration en mélanine, sur une couche de taille nanométrique au niveau du cuticule du corps et des ailes.
Chez le mâle, la concentration en mélanine est beaucoup plus forte que chez la femelle, ce qui explique en grande partie la différence de couleur (ailes bleu foncé chez le mâle et brunâtres chez la femelle).
Au niveau des ailes, une autre spécificité influence également la couleur. Des études ont en effet mis en évidence que les ailes des mâles étaient de couleur bleue foncée et irisée* à cause des nervures dont la structure est stratifiée en multicouches d’indice de réfraction différents.

* irisé, iridescent : dont la couleur est variable selon l’angle avec lequel on regarde. C’est la propriété d’iridescence.

Un phénomène d’interférence des différents composants de la lumière se produit à l’arrivée d’un rayon lumineux sur la surface stratifiée d’une nervure de l’aile. Selon l’angle sous lequel on regarde, les interférences sont différentes : la couleur perçue est un peu modifiée.

Et ce phénomène d’interférence n’existe pas sur les ailes de la femelle, car les nervures ne présentent pas cette structure multicouches.

Le dimorphisme sexuel
Beaucoup de scientifiques s’interrogent sur le pourquoi d’une telle intensité de couleur chez le mâle et sur l’intérêt de ce dimorphisme sexuel marqué.
En effet, la fabrication de la mélanine a un coût énergétique important et d’autre part, le mâle ainsi bien visible, risque plus facilement de se faire repérer par les prédateurs.
Il y a donc un avantage quelque part.
L’hypothèse de la thermorégulation a été avancée et confortée par un certain nombre d’études. Les espèces présentes aux plus hautes latitudes sont généralement plus foncées, de façon à maximiser la quantité de lumière absorbée.
L’espèce Calopteryx Virgo apparaît tôt dans l’année alors que les températures sont encore fraîches : le maintien en température du corps est alors facilité par cette couleur foncée.
Mais ce qui ressort surtout des résultats des recherches, c’est l’avantage donné aux mâles de couleur bleu foncé lors de la recherche d’un partenaire sexuel, une meilleure reconnaissance mâle/femelle : la sélection sexuelle est à l’oeuvre.

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D’autres histoires de libellules sur le blog Strange Stuff and Funky Things

Références
1- Kuitunen K, Kovalev A, Gorb SN, « Sex-Related Effects in the Superhydrophobic Properties of Damselfly Wings in Young and Old Calopteryx splendens », PLoS ONE 9(2): e88627. doi:10.1371/journal.pone.0088627, 2014

2-  Sejal Patel et al., « Chemical and physical analyses of wax ester properties », Journal of Insect Science. Vol 1: 4, 2001.

3- Doekele G. Stavenga, « Sexual Dichromatism of the Damselfly Calopteryx japonica Caused by a Melanin-Chitin Multilayer in the Male Wing Veins », PLoS ONE 7(11): e49743. doi:10.1371/journal.pone.0049743, 2012

4- Svensson EI, Waller JT, « Ecology and sexual selection: evolution of wing pigmentation in calopterygid damselflies in relation to latitude, sexual dimorphism, and speciation. », The American Naturalist, Vol 182(5):E174-95. doi: 10.1086/673206, 2013

5- Guillermo-Ferreira R., « The Role of Wing Pigmentation, UV and Fluorescence as Signals in a Neotropical Damselfly », Journal of Insect Behavior, Vol 27 (1) , pp 67-80,  2013