SECONDE ENSEIGNEMENT COMMUN La Terre, la vie et l’organisation du vivant

Chapitre : Communication intraspécifique et sélection sexuelle.

Notions à construire :

Communication intra-spécifique et comportements Reproduction préférentielle et communication (sélection sexuelle) Variation de communication et isolement reproducteur Spéciation par déficit de communication

La communication dans le monde vivant consiste en la transmission d’un message entre un organisme émetteur et un organisme récepteur pouvant modifier son comportement en réponse à ce message. La communication s’inscrit dans le cadre d’une fonction biologique (nutrition, reproduction, défense …). Il existe une grande diversité de modalités de communication (chimique, biochimique, sonore, visuelle, hormonale). Dans le monde animal, la communication interindividuelle et les comportements induits peuvent contribuer à la sélection naturelle à travers la reproduction. C’est le cas pour la sélection sexuelle entre partenaires (majoritairement faite par les femelles). Des difficultés dans la réception du signal peuvent générer sur le long terme un isolement reproducteur entre organismes de la même espèce et être à l’origine d’un évènement de spéciation.

L. Roux, S.Voland

Démarche: Etude de la communication chez les grillons (genres Gryllus et Teleogryllus).

Élevages à minima : permet de constater que : seuls les mâles chantent Le chant se fait grâce aux ailes Il existe plusieurs type de stridulation chez une même espèce Si on réalise des élevages de plusieurs espèces : les chants sont différents d’une espèce à l’autre

Expérimentation comportementales possibles en terrarium avec des individus isolés : orientation des femelles

/ chant ? stridulation pendant les combat mâle /mâle , absence de combat femelle / femelle , mâle / femelle

Découverte de l ’origine de la stridulation par dissection et comparaison des ailes des grillons mâles et femelles / observation des organes de réception sur les pattes antérieur des mâles et des femelles Enregistrement et comparaison des chants des mâles d’espèces différentes : les chants sont très différents chez

des formes qui se ressemblent « extérieurement » beaucoup. Découverte de variations des chants des mâles et des préférences des femelles dans une même espèce Rôle de la sélection naturelle dans l’augmentation de fréquences de grillons muets dans l’archipel d’Hawaï (variabilité intraspécifique) Rôle de la dérive génétique / effet de fondation dans la diversité des chants des Téléogryllus hawaiens (variabilité intraspécifique) Etablissement d’un modèle de spéciation qui explique que les mâles d’espèces proches ont des chants différents

“The sight of a feather in a peacock’s tail, whenever I gaze at it, makes me sick! “

https://www.darwinproject.ac.uk/letter/DCP-LETT-2743.xml

Un élevage de grillons fait du bruit : les grillons stridulent. Ce faisant, on peu supposer qu’ils s’exposent à être repérés par les prédateurs (musaraignes et autres insectivores , par exemple qui entendent très bien). Et d’ailleurs certains insectes prédateurs entendent aussi très bien ... Comme Ormia ochracea, une petite mouche originaire d'Amérique centrale qui parasite des grillons.

Si le fait de chanter est bien source d’une vulnérabilité pour les grillons, comment expliquer que la sélection naturelle n’ait pas éliminé partout les populations de grillons qui chantent ?

Situation-problème:

https://www.futura-sciences.com/sante/actualites/medecine-copier-systeme-auditif-mouche-ormia-ochracea-354/

Aujourd'hui, un acousticien de la State University of New York à Binghamtom cherche à copier le système auditif de la mouche Ormia ochracea afin de concevoir un appareil auditif plus performant et des capteurs hypersensibles pour la surveillance militaire. Contrairement à beaucoup d'autres espèces de mouches, Ormia Ochracea possède en effet des oreilles, situées sur son ventre et dotées d'un double tympan qui permet en particulier une mise au point auditive pour filtrer les sons.

http://www.palais-decouverte.fr/fileadmin/_migrated/content_uploads/CommAnimale-DossierEnseignants-GrandeSection-CM2_01.pdf

Les fonctions et les structures supports du chant des grillons

« Dissection » / Comparaison ailes mâles / femelles Observations en captivité ?

Seuls les mâles chantent

Etude des fonctions des chants du grillon (champêtre ou celui ou ceux que l’on a en captivité)

Mise en contact : femelle / femelle, mâle / femelle, mâle / mâle ou bien mis en contact entre espèces différentes de grillons. Stridulation de défense

Chant d’appel Chant d’appel

Chant d’appel Grésillement / stridulation

aléatoire

?

3 types de chants chez G. campestris : https://youtu.be/QuwdphTw_Wk https://youtu.be/EHEYBP_06cM https://youtu.be/NN-dKw37Y_8

=> Rôle du chant courant = appel de l a femelle

Emission grâce à des hauts parleurs / enceintes … du chant d’appel d‘un mâle vers une femelle de façon directionnelle ?

Le chant d’appel doit être celui de la population que l’on a en captivité Attention au stress du cobaye

Si les mâles grillons chantent c’est parce que Ils défendent ainsi un territoire (accès à la nourriture, au terrier…) Ils attirent efficacement les femelles Cela compense la vulnérabilité Un mâle chanteur augmente donc son succès reproducteur… (en général)

A partir de ce point on peut partir dans deux directions : - Soit se demander ce qu’il se passe si le « gain » du au chant est toujours

« rentable » - Soit apporter l’information sur des grillons d’espèces différentes ne chantant

pas de la même façon …

Chant d’appel Chant nuptial Stridulation pendant le

combat

Phylogénie de quelques espèces de Grillons du pacifique

Lower side of the right tegmen of Eneoptera guyanensis and Lerneca fuscipennis, showing the stridulum (C, cord; H, harp; M, mirror).

Chants et structures des ailes des mâles de deux grillons tropicaux

Corrélable avec les structures des ailes ?

Caractériser les différences (pulses, nombre de paquets, amplitudes …)

G bimacculatus G. Campestris Accheta domesticus

Comparaison des chants de trois espèces de grillons couramment élevés

Chant d’appel Espèce B

Chant d’appel Espèce A

Femelle d’espèce B

?

Notion d’isolement reproducteur par différenciation des chants…

Mise en évidence du caractère spécifique du chant d’appel

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Des espèces ayant des aspects semblables ont des chants relativement différents. Le chant semble être un caractère de l’espèce et ses caractéristiques sont héréditaires Des espèces à l’aspect semblable doivent provenir d’un ancêtre commun Existe-t-il un lien entre l’émergence des espèces de grillon et leurs chants ? Les chants des grillons peuvent ils changer pour donner de nouvelles espèces ? …

Situation-problème:

La population de grillons de l’île KAUAI est devenue presque totalement silencieuse entre 1991 et 2004, sans pour autant disparaître.

Des études ont révélé que plus de 91% des mâles sont silencieux c'est-à-dire qu’ils ne peuvent plus striduler.

Etude d’un cas extrême de changement du chant chez le grillon du pacifique

Introduction des grillons à Hawaï en période historique (polynésien ? Bateau du XVIII / XIX ? Les populations d »origine sont australienne (études génétiques)

Introduction d’Ormia ochracea non datée mais récente depuis l’Amérique du Nord

Zone de recouvrement actuelle des aires de répartition de la mouche Ormia ochracea et du grillon Telogryllus

Particularité des îles Hawaï par rapport à l’habitat d’origine d’Ormia ochracea En Amérique centrale et du Nord, Ormia ochracea est une mouche parasite d’un grand nombre d’Orthoptères. Elle pond sur le dos des mâles chanteurs qui sont ensuite consommés par les larves. Dans sa région d’origine, Ormia n’est pas active toute l’année et n’est présente en même temps que certaines de ces proies que certains mois. A Hawaï, le grillon du pacifique est la proie exclusive d’Ormia. La mouche est active toute l’année. Sur les îles d’Hawaï qui présentent de plus une surface relativement réduite, l’impact du parasitisme sur Téléogryllus est donc particulièrement élevé. L’arrivée de la mouche en 1990 sur l’ile KAUAI a provoqué d’abord un fort déclin de la populations (c’est le suivi de ce déclin inquiétant qui a déclenché l’étude des populations de grillons, on s’attendait à les voir disparaitre de certaines îles). Puis au début des années 2000, la population des grillons s’est reconstituée. Mais les mâles étaient pour la plupart … silencieux !

L’île KAUAI compte dans sa faune une mouche parasite mortelle du grillon, Ormia ochracea, qui ne se retrouve nulle part

ailleurs dans l’aire de répartition du grillon des champs. Elle est attirée par le chant d’amour du grillon. En effet, la femelle

dépose ses œufs autour et sur les mâles stridulants ; les larves qui se développent dans la cavité corporelle du grillon se

nourrissent des réserves de graisse et des muscles pendant les 7 à 10 jours qui suivent la ponte ; ainsi à maturité elles

provoquent la mort du grillon parasité. (Travaux Lehman, 2003, ZUCK et al., 2006, laboratoire de biologie de l’université de Californie, Riverside, USA).

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Etude d’un cas extrême de changement du chant chez le grillon du pacifique

Sur l’île de Kauai, on a pu montrer que le caractère flatwing est du à la présence d’un allèle particulier sur le chromosome X du grillon

Mutation flatwing aléatoire

x x

x

x

x

x x x

Modèle (simplifié d’émergence d’une population de grillons muets dans le cas des îles du nord de l’archipel d’Hawaï

Sélection par prédation

différentielle

Sélection par prédation

différentielle

Comment les femelles repèrent les grillons muets ? Commet acceptent elles l’accouplement en l’absence de chant nuptial ? il y a aussi une adaptation du comportement / des préférences des femelles Est-ce qu’l s’agit encore de la même espèce ? Quel critère ?

x

x

x

Repérage par Ormia

Repérage par Ormia

Repérage par les femelles

Repérage par les femelles

Forte présence d’Ormia Faible présence d’Ormia

Vers une population à mâles muets

Vers une population à mâles chanteurs

Modèle (simplifié d’émergence d’une population de grillons muets dans le cas des îles du nord de l’archipel d’Hawaï

Nombre de descendants d’un

mâle chanteur

Nombre de descendants d’un

mâle chanteur

- - + +

Les chants des Grillons océaniens ont été comparés dans l’ensemble de son aire de répartition qui recouvre les îles

Hawaï, l’Australie et une grande partie de l’Océanie.

On a pu montrer ainsi que les chants des grillons diffèrent d’un continent à l’autre et, sur un même continent, d’une région

à l’autre. Mais les différences observées sont plus grandes entre les chants des mâles de différentes îles de l’archipel

d’Hawaï que celles observées entre les chants des mâles des différentes régions d’Australie même lorsque ces dernières

sont éloignées de plus de 500 kilomètres.

(Travaux de M. Zuk1, J. T. Rotenberry1, L. W. Simmons, 2008)

Variabilité intraspécifique des chants d’appel

Comparaison des chants d’appel de 4 grillons champêtres

Variations interindividuelles qui peuvent être importantes

Caractériser les différences (pulses, nombre de paquets, amplitudes …)

Uniformisation par sélection des femelles

Vaste région Vaste région

Pour quelle raison existerait il davantage de disparité dans un archipel que sur un continent ?

Sur chaque île, les femelles ont peu de choix. Il s’y développe alors des formes particulières de chants.

Effet de fondation / dérive

X

X

X Retour peu probable

Région d’origine

Île A

Île B Île C

Comment la sélection sexuelle par le chant a pu faciliter l’émergence d’espèces

Population initiale

Isolement de sous populations

Divergence des chants

Impossibilité des sous populations de se reproduire entre elles même si les aires de répartition se chevauchent à nouveau => nouvelles espèces

Document et ressources complémentaires: On peut se fournir les Grillons vivants dans les jardineries, - Chez Truffaut, 4,30 euros les 120 grillons. - Rongeurs 13 propose une vente en ligne des trois espèces de Grillons. https://www.rongeurs-13.com

Entre chanter pour attirer la femelle et rester silencieux pour éviter d’être parasité il faut choisir. Ils préfèrent se taire. En seulement 4 ou 5 ans, soit 20 générations de grillons, les ailes des mâles ont perdu les sillons qui leurs permettent de striduler, a constaté Marlene Zuk. Cette chercheuse de l’Université de Californie (Riverside) étudie depuis le début des années 90 une population de Teleogryllus oceanicus sur l’île de Kauai, l’une des principales îles d’Hawaii. Une partie de cette île héberge aussi la mouche Ormia ochracea qui, grâce à un appareil auditif performant, repère les grillons mâles et pond dans leur dos. En une semaine les larves ont dévoré le grillon. Au fil des années, Marlene Zuk entendait de moins en moins de grillons striduler. Pourtant, la nuit, dans la lumière de la torche, ils étaient toujours aussi nombreux. En y regardant de plus près, Zuk et ses collègues ont constaté que plus de 90% des grillons qu’ils avaient attrapés avaient les ailes lisses. De fait, le taux d’infestation par la mouche parasite avait chuté. Pour se reproduire, les mâles silencieux se postent près des mâles chanteurs afin d’intercepter les femelles. Les chercheurs s’interrogent sur l’avenir de cette population de grillons. Soit, faute d’un nombre suffisant de mâles capables de striduler, la population s’éteint. Soit la proportion entre mâles silencieux et mâles chanteurs oscillent en fonction de l’évolution de la population de mouches. Travaux publiés dans la revue Biology Letters.

Bibliographie:

Sitographie: https://abonnes.lemonde.fr/big-browser/article/2019/01/08/derriere-les-attaques-acoustiques-contre-les-

diplomates-americains-a-cuba-le-chant-du-grillon_5406208_4832693.html?

http://orthoptera.speciesfile.org/Common/editTaxon/SearchForTaxon.aspx

https://evolution.berkeley.edu/evolibrary/news/061201_quietcrickets

https://sonotheque.mnhn.fr/