Insectes géants : la théorie de l’oxygène vacille face à une nouvelle étude

Il y a 300 millions d’années, au début de cette période que l’on appelle le Permien, les dinosaures n’existaient pas et les oiseaux encore moins. Mais le ciel n’était pas vide, loin de là. Depuis plusieurs millions d’années, certaines espèces ont en effet conquis le milieu aérien et leur apparence ne vous est pas étrangère.

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Si la plupart des formes de vie qui arpentaient le sol étaient plutôt singulières, comme le Dimetrodon (lointain ancêtre des mammifères) ou le Diplocaulus (amphibien au crâne en forme de boomerang), celles qui ont conquis le ciel ressemblaient à s’y méprendre à nos libellules actuelles… à un détail près : leur taille.

Dimetrodon, un synapside ayant vécu au Permien, bien avant les dinosaures. © Charles Robert Knight, Wikimedia Commons, domaine public

Des insectes géants au sol et dans les airs

Les Meganisoptera, qui constituent un ordre fossile d’insectes volants, présentaient en effet une envergure impressionnante, pouvant aller jusqu’à 70 cm ! Meganeuropsis permiana pouvait ainsi peser une centaine de grammes. Il faut noter que ce gigantisme se retrouve aussi chez d’autres espèces d’insectes et d’arthropodes. Au sol rampaient ainsi des mille-pattes géants comme Arthropleura, pouvant atteindre 2,5 mètres de long, ou encore Pulmonoscorpius, un scorpion géant de 70 cm.

Reconstitution à la taille réelle d’un Arthropleura. © Werner Kraus, Wikimedia Commons, cc by-sa 4.0

Depuis la découverte de ces formes de vie étonnantes dans les registres fossiles, les chercheurs se questionnent : comment expliquer un tel gigantisme chez les insectes il y a 300 millions d’années, et notamment chez les espèces volantes ? Absence de prédateurs ? Spécificité environnementale ?

Une espèce fossile de libellule (Meganeura monyi) datant du Carbonifère supérieur (environ 300 millions d’années). Le spécimen mesure environ 68 cm d’envergure. © Muséum de Toulouse, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Des insectes dopés par un fort taux d’oxygène dans l’air ?

Dans les années 1980, l’évolution des méthodes d’analyses géochimiques a permis de reconstruire la composition atmosphérique des différentes périodes géologiques. Les études ont ainsi révélé que le Carbonifère et le Permien ont été marqués par un taux particulièrement élevé d’oxygène.

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L’air était alors composé de 30 à 35 % d’oxygène, contre 21 aujourd’hui. Le climat chaud et humide aurait favorisé le développement d’immenses forêts marécageuses. Grâce à la photosynthèse, les plantes auraient ainsi produit d’importantes quantités de dioxygène, tout en pompant le CO2 de l’atmosphère.

Mais ce n’est pas tout. En s’accumulant dans les marécages, la matière organique morte s’est principalement transformée en charbon au lieu d’être décomposée. Or, si la décomposition libère du CO2, la formation de charbon permet le stockage du carbone au sein des unités sédimentaires. À cette époque, on observe donc deux processus : une production massive d’O2 et un piégeage du carbone. Les deux se sont combinés, faisant augmenter considérablement le taux d’oxygène dans l’atmosphère.

Au Carbonifère, les forêts luxuriantes et l’environnement marécageux ont participé à une hausse spectaculaire du taux d’oxygène. © MG, image créée par IA

En 1995, une étude suggère un lien entre ces conditions environnementales et la présence d’insectes géants. Les insectes respirent en effet via un système trachéal, c’est-à-dire un réseau de conduits ramifiés au bout desquels se trouvent les trachéoles, qui acheminent directement l’oxygène aux cellules. Ils ne possèdent pas de poumons et l’oxygène circule dans leur corps via un phénomène de diffusion, passant d’un milieu où il est très concentré (l’air) vers les muscles.

La présence d’un fort taux d’oxygène dans l’air aurait ainsi permis le développement de formes géantes. Dans les conditions atmosphériques actuelles, de tels insectes ne pourraient pas survivre. Cette théorie expliquerait également pourquoi ces insectes géants ont disparu au cours du Permien moyen et supérieur, périodes durant lesquelles le taux d’oxygène a progressivement baissé.

L’oxygène n’aurait pas été le facteur limitant

Une théorie bien établie qui vient cependant d’être contestée par une nouvelle étude, publiée dans la revue Nature. Grâce à des analyses par microscopie électronique, une équipe de chercheurs a montré que les trachéoles occupent en réalité moins de 1 % du volume total du muscle chez les insectes volants actuels et fossiles.

Cela signifie que si le transport de l’oxygène vers les muscles avait été le facteur limitant, l’évolution aurait entrainé une augmentation du volume des trachéoles chez les insectes géants. Or, ce n’est pas ce qui a été observé. Ces résultats suggèrent donc que les muscles du vol n’ont pas été limités par le niveau d’oxygène dans l’atmosphère.

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Si l’oxygène a pu jouer un rôle, mais lequel ?, dans le développement de ces insectes géants, il ne s’agit peut-être pas du facteur principal ou limitant. D’après les résultats de l’étude, la baisse du taux d’oxygène ne serait en effet pas à l’origine de la disparition de ces espèces. Mais alors comment expliquer l’absence de ces formes géantes aujourd’hui ?

Pour les chercheurs, d’autres causes sont à rechercher. Peut-être du côté de l’apparition progressive de prédateurs vertébrés volants, ou d’un changement climatique et environnemental. La biomécanique même de ces insectes, qui présentent un exosquelette, aurait pu être limitante pour les formes géantes, les rendant moins compétitives face à l’émergence de nouvelles espèces. Loin de ne reposer que sur le taux d’oxygène atmosphérique, la disparition de ces insectes géants pourrait donc être bien plus multifactorielle qu’on ne le pensait.