Rythmes circadiens chez les coléoptères de farine rouges

Tous les êtres vivants, des petites bactéries aux humains, présentent des schémas quotidiens dans leurs fonctions corporelles et leurs comportements. Ces schémas sont appelés Rythmes circadiens, qui aident les organismes à s'adapter aux changements réguliers dans leur environnement, comme le jour et la nuit. Les rythmes circadiens ne sont pas juste des réactions à l'environnement ; ils sont contrôlés par des systèmes internes connus sous le nom d'horloges circadiennes. Ces horloges peuvent être influencées par des signaux extérieurs comme la lumière et la Température.

Anticiper les changements dans l'environnement a des avantages clairs. Par exemple, cela aide les animaux à éviter des conditions difficiles, à trouver de la nourriture et à se reproduire avec succès. Ça leur permet aussi de travailler en synchronisation avec d'autres de leur espèce, ce qui peut réduire la compétition et le risque d'être chassé. En plus de ces avantages, une Horloge circadienne aide à garder les processus biologiques en bon état de fonctionnement, peu importe les changements dans l'environnement. Même les espèces qui vivent dans des conditions imprévisibles ont des horloges moléculaires fonctionnelles, montrant leur valeur interne.

Les horloges circadiennes fonctionnent de manière similaire chez différents groupes d'animaux. Leur fonctionnement repose sur des gènes spécifiques et des protéines qui créent des cycles réguliers. Une grande partie de ce que nous savons sur ces mécanismes provient d'études sur des animaux de laboratoire courants comme les souris et les mouches à fruits. Chez les mouches à fruits, certaines protéines agissent comme des suppressors pour réguler le rythme, tandis que chez les mammifères, d'autres protéines remplissent le même rôle. Cependant, une grande différence réside dans la façon dont la lumière affecte ces horloges. Chez les mouches à fruits, la lumière provoque la dégradation de certaines protéines, tandis que chez les mammifères, elle active la transcription des gènes.

Bien que la plupart des recherches se soient concentrées sur les mouches à fruits, il y a de nombreuses espèces d'insectes avec des habitats divers. Chacune pourrait avoir développé ses propres mécanismes d'horloge uniques adaptés à son environnement. Par exemple, certains insectes comme les coléoptères et les abeilles ont une version d'une protéine qui n'est pas sensible à la lumière, contrairement aux mouches à fruits. D'autres espèces comme les moustiques ont à la fois des protéines sensibles à la lumière et non sensibles. Cette variété souligne l'importance d'étudier différentes espèces d'insectes pour comprendre pleinement les horloges circadiennes.

#Le Coléoptère de Farine Rouge

Le coléoptère de farine rouge est un parasite commun trouvé dans les grains stockés et devient de plus en plus important dans de nombreux domaines scientifiques. Ces coléoptères vivent généralement dans des environnements sombres, comme les zones de stockage de grains ou sous l'écorce des arbres. Ils se sont adaptés à leur environnement sombre en perdant certains récepteurs sensibles à la lumière et en acquérant plus de récepteurs pour l'odorat et le goût. Bien qu'ils évitent généralement la lumière, ils grimpent parfois sur des surfaces où ils peuvent être exposés à la lumière, surtout pendant l'accouplement.

Malgré leurs habitudes de vie dans l'obscurité, des études ont montré qu'ils possèdent toujours les gènes nécessaires pour une horloge fonctionnelle. Cependant, il n'est pas clair si ces coléoptères présentent un comportement rythmique lié à leur horloge circadienne.

Ces coléoptères possèdent des homologues pour tous les gènes d'horloge connus chez les mouches à fruits. Les recherches initiales sur l'horloge moléculaire chez les coléoptères de farine ont montré que plusieurs gènes clés de l'horloge sont exprimés de manière rythmique. Notamment, au lieu de la protéine sensible à la lumière trouvée chez les mouches à fruits, ces coléoptères ont une variante non sensible à la lumière dont la fonction n'est pas encore complètement comprise. Cela fait du coléoptère de farine rouge un modèle unique pour étudier les horloges des insectes et la transition entre les horloges de type mouche à fruits et celles de type mammifère.

Mesurer le mouvement de ces coléoptères est la méthode traditionnelle utilisée pour évaluer leurs rythmes circadiens. Des études précédentes ont démontré que ces coléoptères montrent des motifs de mouvement rythmiques à la fois sous des cycles lumière-obscurité et dans l'obscurité constante. Cependant, ces études n'ont fourni que des données moyennes et n'ont pas examiné les variations individuelles au sein de la population. Comprendre les variations individuelles est crucial, car cela peut aider à révéler comment les organismes s'adaptent à leur environnement.

De plus, aucune recherche n'a été menée pour voir si l'horloge circadienne de ces coléoptères peut être affectée par des changements de température. Par conséquent, cette étude vise à examiner les motifs d'activité locomotrice du coléoptère de farine rouge et à analyser comment la lumière et la température affectent leur comportement.

#Matériaux et Méthodes

#Cultures de Coléoptères

Pour cette étude, nous avons utilisé deux populations de coléoptères de farine rouge, l'une collectée en Croatie et l'autre provenant d'une souche adaptée laboraoire en Californie. Les coléoptères étaient maintenus dans des conditions contrôlées, avec une température et une humidité fixes, ainsi qu'un cycle lumière-obscurité régulier. Ils étaient nourris d'un régime mixte de farine traitée à la chaleur et de levure.

#Surveillance de l'Activité Locomotrice

Nous avons utilisé un système de surveillance conçu pour les mouches à fruits pour observer les mouvements des coléoptères individuels. Chaque coléoptère a été placé dans un petit tube avec de la nourriture, et leurs mouvements ont été suivis par un faisceau de lumière infrarouge. Des coléoptères vierges ont été utilisés pour la surveillance.

#Patrons d'Activité Circadienne Sous Différentes Conditions

Nous avons observé les motifs d'activité des coléoptères sous un cycle lumière-obscurité normal suivi d'une obscurité constante. Pour comprendre comment la lumière constante affecte leur comportement, nous avons également surveillé les coléoptères après qu'ils aient été exposés à la lumière. Nous avons examiné spécifiquement comment les deux populations de coléoptères se comportaient par rapport les uns aux autres.

#Entraînement aux Changements de Température

Pour voir si les variations de température peuvent influencer l'activité des coléoptères, nous avons également étudié leur comportement sous un cycle de température en obscurité constante.

#Interférence ARN

Pour déterminer le rôle d'un gène clé impliqué dans l'horloge circadienne, nous avons utilisé une méthode pour réduire l'expression du gène chez les coléoptères au stade pupal. Après leur maturation, nous avons observé leurs motifs d'activité pour voir comment cette réduction a affecté leur comportement.

#Analyse Comportementale

Après avoir surveillé leurs activités, nous avons analysé les données collectées pour les motifs et les variations. Nous avons spécifiquement examiné comment différentes conditions environnementales impactaient leur rythmicité et leurs niveaux d'activité.

#Patrons d'Activité Locomotrice

#Entraînement de la Lumière et Obscurité Constante

Dans des conditions lumineuses normales, les coléoptères montraient des motifs clairs dans leur mouvement. Ils avaient des pics d'activité à des moments spécifiques, comme avant que les lumières ne s'allument et le soir. Les niveaux d'activité diminuaient juste avant que les lumières ne s'allument le matin, ce qu'on a appelé le "creux du matin".

Lorsqu'ils étaient placés dans l'obscurité constante, les motifs d'activité étaient similaires, à l'exception des réponses liées à la lumière. Cependant, différents individus montraient des motifs d'activité variés. Certains coléoptères maintenaient leurs rythmes tandis que d'autres ne le faisaient pas.

#Effets de la Lumière Constante

Dans des conditions de lumière constante, les coléoptères affichaient une rythmicité réduite par rapport à lorsqu'ils étaient exposés à un cycle lumière-obscurité régulier. Les mâles avaient tendance à montrer un comportement rythmique plus élevé que les femelles dans ces conditions.

#Différences de Population

Les deux populations de coléoptères avaient des motifs comportementaux similaires, mais la population adaptée au laboratoire montrait des niveaux d'activité moyens plus bas. Des variations dans la rythmicité étaient présentes, avec une population affichant une plus grande proportion de coléoptères rythmiques que l'autre.

#Entraînement à la Température

Lorsqu'ils étaient exposés à un cycle de température changeant, les coléoptères montraient des rythmes d'activité similaires à ceux observés sous des conditions lumineuses. Cependant, ces rythmes étaient moins prononcés. Étrangement, seuls les mâles conservaient un rythme clair sous des conditions de température constante, tandis que les femelles affichaient un comportement plus erratique.

#Réduction du Gène Clk

Après avoir réduit l'expression du gène clé de l'horloge, nous avons observé que la rythmicité des coléoptères diminuait considérablement. Cela soutient l'idée que l'horloge circadienne est essentielle pour contrôler le comportement de ces coléoptères.

#Discussion

Notre étude a révélé que les coléoptères de farine rouge présentent des motifs de mouvement quotidiens clairs influencés à la fois par la lumière et la température. Le "creux du matin" observé et les pics d'activité en soirée indiquent qu'ils peuvent anticiper ces changements environnementaux. Cependant, les variations de comportement entre les coléoptères individuels suggèrent des différences dans la façon dont l'horloge interne de chaque coléoptère réagit aux signaux externes.

On sait que de nombreux insectes montrent des comportements différents selon l'heure de la journée, ce qui peut être lié à leurs habitudes reproductrices. Pour les coléoptères de farine rouge, les mâles peuvent avoir un plus grand désir de chercher des partenaires à certains moments, conduisant à une rythmicité plus prononcée.

Fait intéressant, la fluctuation des niveaux d'activité dans l'obscurité constante suggère que, bien que les horloges internes des coléoptères soient fonctionnelles, elles ne régulent pas le comportement aussi fortement en l'absence de signaux extérieurs. Cette observation soulève des questions sur les facteurs qui pourraient influencer l'évolution de leurs horloges circadiennes, surtout étant donné que les coléoptères de farine rouge vivent dans des environnements qui manquent d'exposition régulière à la lumière.

Nos découvertes concernant les effets de la lumière constante sur les coléoptères étaient notables. Contrairement aux mouches à fruits, où la lumière constante conduit généralement à un comportement arrhythmic, les protéines non sensibles à la lumière de ces coléoptères suggèrent que leurs réactions à la lumière constante pourraient être médiées par d'autres photorécepteurs encore non identifiés.

#Conclusion

Cette étude éclaire les comportements circadiens des coléoptères de farine rouge, montrant leur capacité à maintenir la rythmicité sous divers indices environnementaux. Cette recherche contribue non seulement à notre compréhension de la biologie des insectes mais peut également fournir des idées pour des stratégies de lutte contre les nuisibles. Comprendre l'influence des rythmes circadiens pourrait mener à des méthodes améliorées pour gérer et piéger ces nuisibles dans les milieux agricoles. De plus, des études supplémentaires sur les influences sociales sur leurs horloges circadiennes pourraient révéler encore plus sur leur comportement et leur biologie. En fin de compte, ce travail enrichit notre connaissance globale des rythmes circadiens chez diverses espèces d'insectes et de leurs adaptations à différents environnements.