À la recherche de nourriture, une mouche peut voyager six millions de fois sa longueur corporelle –

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  • En 2005, un coureur d’ultramarathon a couru en continu 560 kilomètres (350 miles) en 80 heures, sans dormir ni s’arrêter. Cette distance représentait environ 324 000 fois la longueur du corps du coureur. Pourtant, cet exploit extrême est dérisoire par rapport aux distances relatives que les mouches des fruits peuvent parcourir en un seul vol, selon une nouvelle étude de Caltech.

    Les scientifiques de Caltech ont maintenant découvert que les mouches des fruits peuvent voler jusqu’à 15 kilomètres (environ 9 miles) en un seul voyage – 6 millions de fois leur longueur corporelle, ou l’équivalent de plus de 10000 kilomètres pour l’homme moyen. Par rapport à la longueur du corps, c’est plus que ce que de nombreuses espèces migratrices d’oiseaux peuvent voler en une journée. Pour découvrir cela, l’équipe a mené des expériences dans un lit de lac asséché dans le désert de Mojave en Californie, libérant des mouches et les attirant dans des pièges contenant du jus de fermentation afin de déterminer leurs vitesses de pointe.

    La recherche a été menée dans le laboratoire de Michael Dickinson, Esther M. et Abe M. Zarem Professeur de bio-ingénierie et aéronautique et directeur exécutif pour la biologie et l’ingénierie biologique. Un article décrivant l’étude apparaît dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences le 20 avril.

    Le travail était motivé par un paradoxe de longue date qui a été identifié dans les années 1940 par Theodosius Dobzhansky et d’autres pionniers de la génétique des populations qui ont étudié les espèces de drosophiles dans le sud-ouest des États-Unis. Dobzhansky et d’autres ont découvert que les populations de mouches séparées par des milliers de kilomètres semblaient beaucoup plus génétiquement similaires que ce qui pourrait être facilement expliqué par leurs estimations de la distance que les minuscules mouches pourraient réellement parcourir. En effet, lorsque les biologistes lâchaient des mouches à l’extérieur, les insectes bourdonnaient souvent simplement en rond sur de courtes distances, comme ils le font dans nos cuisines.

    Les mouches se comportaient-elles différemment lorsqu’elles étaient à l’état sauvage, à la recherche de nourriture? Dans les années 70 et 80, un groupe de généticiens des populations a tenté de résoudre ce paradoxe en enduisant des centaines de milliers de mouches de poudre fluorescente et en les relâchant un soir dans la Vallée de la Mort. Fait remarquable, le groupe a détecté quelques mouches fluorescentes dans des seaux de bananes en décomposition jusqu’à 15 kilomètres de distance le lendemain.

    «Ces expériences simples ont soulevé tant de questions», dit Dickinson. “Combien de temps leur a-t-il fallu pour voler là-bas? Ont-ils été juste soufflés par le vent? Était-ce un accident? J’ai lu ce document à plusieurs reprises et je l’ai trouvé très inspirant. Personne n’avait essayé de répéter l’expérience d’une manière qui permettent de mesurer si les mouches ont été portées par le vent, à quelle vitesse elles volaient et jusqu’où elles peuvent réellement aller. “

    Pour mesurer la façon dont les mouches se dispersent et interagissent avec le vent, l’équipe a conçu des expériences de «libération et recapture». Dirigée par l’ancienne chercheuse postdoctorale Kate Leitch, l’équipe a effectué plusieurs voyages au lac Coyote, un lit de lac asséché à 140 miles de Caltech dans le désert de Mojave, avec des centaines de milliers de drosophiles de laboratoire, Drosophila melanogaster, en remorque.

    L’objectif était de libérer les mouches, de les attirer dans des pièges à des endroits déterminés et de mesurer combien de temps il a fallu aux insectes pour y voler. Pour ce faire, l’équipe a installé 10 «pièges à odeurs» dans un anneau circulaire, chacun situé le long d’un rayon d’un kilomètre autour du site de rejet. Chaque piège contenait un cocktail alléchant de jus de pomme en fermentation et de levure de champagne, une combinaison qui produit du dioxyde de carbone et de l’éthanol, irrésistibles pour une mouche des fruits. Les pièges avaient également chacun une caméra et étaient construits avec des vannes unidirectionnelles afin que les mouches puissent ramper dans le piège vers le cocktail mais pas en sortir. De plus, les chercheurs ont mis en place une station météorologique pour mesurer la vitesse et la direction du vent sur le site de lâcher tout au long de chaque expérience; cela indiquerait comment le vol des mouches a été affecté par le vent.

    Afin de ne pas interférer avec leurs performances de vol, l’équipe n’a pas enduit les mouches d’identifiants comme de la poudre fluorescente. Alors, comment savaient-ils qu’ils attrapaient leurs propres mouches des fruits? Avant la libération, l’équipe a d’abord placé les pièges et les a vérifiés au fil du temps, et a constaté que bien que D. melanogaster se trouve dans des fermes de dattes dans le Mojave, ils sont extrêmement rares au lac Coyote.

    Les mouches relâchées par l’équipe avaient été initialement collectées dans un kiosque à fruits, puis élevées en laboratoire, mais elles n’étaient en aucun cas génétiquement modifiées. L’équipe a réalisé les expériences après avoir reçu les permis du Bureau of Land Management.

    Au moment de l’expérience, l’équipe a conduit les seaux de mouches au centre du cercle de pièges. Les seaux contenaient beaucoup de sucre, de sorte que les insectes seraient pleinement énergisés pour leur vol; cependant, ils ne contenaient aucune protéine, ce qui donnait aux mouches une forte motivation à rechercher des aliments riches en protéines. L’équipe a estimé que les mouches ne seraient pas capables de sentir les pièges depuis le centre de l’anneau, les forçant à se disperser et à fouiller.

    À un moment précis, un membre de l’équipe au centre du cercle a ouvert les seaux simultanément et a rapidement relâché les mouches.

    «La personne qui est restée au centre du ring pour ouvrir les couvercles de tous les seaux a été témoin de tout un spectacle», raconte Leitch. “C’était magnifique. Il y avait tellement de mouches – tellement que vous avez été submergé par le bourdonnement vrombissant. Quelques-unes d’entre elles se posaient sur vous, rampant souvent dans votre bouche, vos oreilles et votre nez.”

    L’équipe a répété ces expériences dans diverses conditions de vent.

    Il a fallu environ 16 minutes aux premières mouches des fruits pour parcourir un kilomètre pour atteindre les pièges, ce qui correspond à une vitesse d’environ 1 mètre par seconde. L’équipe a interprété cette vitesse comme une limite inférieure (peut-être que ces premières mouches avaient tourné en rond un peu après la sortie ou ne volaient pas en ligne parfaitement droite). Des études antérieures du laboratoire ont montré qu’une mouche des fruits entièrement nourrie a l’énergie de voler en continu pendant jusqu’à trois heures; en extrapolant, l’équipe a conclu que D. melanogaster peut parcourir environ 12 à 15 kilomètres en un seul vol, même dans une brise légère, et ira plus loin s’il est aidé par un vent arrière. Cette distance correspond à environ 6 millions de fois la longueur moyenne du corps d’une mouche des fruits (2,5 millimètres ou un dixième de pouce). Par analogie, ce serait comme un être humain moyen parcourant un peu plus de 10 000 kilomètres en un seul voyage – à peu près la distance entre le pôle Nord et l’équateur.

    “La capacité de dispersion de ces petites mouches des fruits a été largement sous-estimée. Elles peuvent voyager aussi loin ou plus loin que la plupart des oiseaux migrateurs en un seul vol. Ces mouches sont l’organisme modèle standard de laboratoire, mais elles ne sont presque jamais étudiées en dehors du laboratoire et nous n’avions donc aucune idée de leurs capacités de vol », explique Dickinson.

    En 2018, le laboratoire Dickinson a découvert que les mouches des fruits utilisent le soleil comme repère pour voler en ligne droite à la recherche de nourriture; voler sans but en cercles pourrait être mortel, il y a donc un avantage évolutif à pouvoir naviguer efficacement. Après avoir terminé les expériences de libération décrites dans cette étude, l’équipe a proposé un modèle qui suggère que chaque mouche choisit une direction au hasard, utilise le soleil pour voler droit dans cette direction et régule soigneusement sa vitesse d’avancement tout en se laissant souffler latéralement par le vent. Cela lui permet de parcourir autant de distance que possible et augmente la probabilité qu’il rencontre un panache d’odeur provenant d’une source de nourriture. L’équipe a comparé leur modèle avec des modèles traditionnels de dispersion aléatoire des insectes et a constaté que leur modèle pouvait expliquer plus précisément les résultats des rejets dans le désert en raison de la propension des mouches à maintenir un cap constant une fois relâchées.

    Même si D. melanogaster a co-évolué avec les humains, ce travail montre que le cerveau de la mouche contient encore d’anciens modules comportementaux. Dickinson explique: “Pour n’importe quel animal, si vous vous trouvez au milieu de nulle part et qu’il n’y a pas de nourriture, que faites-vous? Est-ce que vous sautez et espérez trouver des fruits? Ou dites-vous – ‘D’accord, je’ Je vais choisir une direction et aller aussi loin que possible dans cette direction et espérer le mieux. Ces expériences suggèrent que c’est ce que font les mouches. “

    La recherche a des implications plus larges pour le domaine de l’écologie des mouvements, qui étudie la façon dont les populations se déplacent dans le monde, déplaçant essentiellement la biomasse pour que d’autres animaux se nourrissent. En fait, lors de leurs premières expériences de prélibération pour vérifier les populations locales de drosophile, l’équipe a capturé à plusieurs reprises une espèce de mouche envahissante, la drosophile à ailes tachetées (Drosophila suzukii), qui cause des dommages agricoles importants sur la côte ouest.

    «Nous avons installé ces pièges au milieu de nulle part, pas dans la vallée centrale où il y aurait des champs de nourriture, et nous trouvons toujours ces ravageurs agricoles en train de traverser», dit Dickinson. “C’est un peu effrayant de voir jusqu’où ces espèces introduites peuvent voyager en utilisant des stratégies de navigation simples.”

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