Au cœur du développement des écailles des ailes de papillon pendant leur métamorphose
Des ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont partagé une étonnante vidéo montrant comment se forment les ailes des papillons lors de leur métamorphose. Les écailles des ailes leur donnent de la couleur et de la brillance et les protègent contre les agressions extérieures. Pour les chercheurs, ces résultats pourraient servir de modèle pour le développement de nouveaux matériaux destinés à des applications telles que les fenêtres iridescentes et les textiles imperméables.
Image d’entête : des écailles plus grandes et superposées en rouge et vert commencent à former leurs détails structurels à la moitié du développement (à droite). Chaque image a une largeur de 75 μm. (Anthony McDougal et Sungsam Kang/ MIT)
Anthony McDougal, ingénieur en mécanique au MIT, explique que les papillons forment avec précision l’architecture structurelle de leurs écailles pour contrôler les attributs de leurs ailes. Leurs observations leur ont permis d’apprendre comment ces matériaux complexes, “micro-nano-structurés”, se forment dans les ailes des papillons.
Dans leur étude (lien plus bas), les chercheurs ont élevé des chenilles de Belle-Dame (Vanessa cardui) dans des récipients individuels jusqu’à ce qu’elles se transforment en chrysalides. Cette espèce de papillon a été choisie parce qu’elle possède des ailes qui sont communes à la plupart des espèces de papillons.
Une fois qu’ils ont été enfermés dans leur chrysalide et qu’ils ont commencé à se métamorphoser, l’équipe a soigneusement découpé et décollé un petit carré, et a rempli l’espace vacant avec une fenêtre transparente pour leur permettre d’observer le développement des ailes du papillon.
Enfin, ils ont utilisé la méthode d’imagerie par « microscopie de phase de réflexion à corrélation de tavelure (chatoiement) » (Speckle-field reflection phase microscopy) pour observer le développement des ailes. Cette méthode consiste à projeter de nombreux petits points lumineux sur la zone des ailes et à mesurer chaque point réfléchi pour créer la forme du sujet.
La microscopie électronique à balayage est généralement utilisée pour visualiser les écailles en développement sur une aile de papillon (deux écailles individuelles illustrées, en haut à gauche) ; une nouvelle approche permet d’observer les écailles individuelles de manière plus détaillée (en haut à droite et en bas). La largeur des écailles est d’environ 50 μm. (Anthony McDougal et Sungsam Kang)
Les experts ont expliqué que le champ de tavelure/ chatoiement ne risquait pas d’endommager les cellules délicates de la chrysalide, car c’était comme des milliers de lucioles générant un champ de points d’illumination qui leur permettait d’observer le processus naturel de développement des ailes de papillon.
De plus, cela leur a permis d’isoler la lumière provenant de différentes couches afin de pouvoir reconstruire l’information pour cartographier efficacement la structure en 3D.
Les séquences vidéo partagées par les ingénieurs du MIT ont révélé que les cellules ont commencé à s’aligner en rangées quelques jours après le début de la métamorphose.
Les experts ont expliqué que les cellules ont commencé à se différencier et à former un motif alternatif d’écailles recouvrant l’aile et d’autres poussant en dessous. Au dernier stade, des crêtes longues, fines et rainurées, semblables à une version minuscule d’une toiture ondulée, se sont formées sous l’effet de la compression. L’équipe a supposé que cette dernière permettait aux crêtes de se former alors que les écailles continuaient à croître, ce qui suggère qu’il s’agit d’un mécanisme fonctionnant différemment du rétrécissement.
Balayage en profondeur des écailles de l’aile d’une chrysalide qui a accompli 83 % de sa métamorphose. La partie gauche montre la quantité de lumière réfléchie par les écailles, tandis que les informations de phase à droite montrent des gradations plus fines de la distance parcourue par la lumière jusqu’aux écailles. (MIT)
Selon McDougal :
Un grand nombre de ces étapes étaient comprises et vues auparavant, mais maintenant nous pouvons les assembler et observer en continu ce qui se passe, ce qui nous donne davantage d’informations sur le détail de la formation des écailles.
Ils ont précisé que l’étude ne porte que sur la surface des ailes de papillon et non sur ce qui se trouve à l’intérieur. Néanmoins, ils ont observé des connexions sous la surface qui communiquent avec la surface lorsque les cellules s’organisent et que les écailles commencent à se former.
L’étude publiée dans The Proceedings of the National Academy of Sciences : In vivo visualization of butterfly scale cell morphogenesis in Vanessa cardui et présentée sur le site du Massachusetts Institute of Technology : Peeking into a chrysalis, videos reveal growth of butterfly wing scales.
