Comment les reines bourdons peuvent-elles survivre plusieurs jours sous l’eau ?

Source: The Conversation – in French – By Sabrina Rondeau, Postdoctoral Researcher in Pollinator Ecology, L’Université d’Ottawa/University of Ottawa

Les colonies de bourdons dépendent entièrement de la survie des reines pendant l’hiver. Une découverte surprenante montre qu’elles peuvent respirer sous l’eau et survivre à une immersion prolongée.

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Chez la plupart des espèces de bourdons, les reines passent l’hiver enfouies sous terre dans une petite cavité de la taille d’un raisin. Pendant six à neuf mois, elles attendent le retour du printemps dans un état proche du sommeil profond appelé diapause. Mais avec le changement climatique, les pluies deviennent plus intenses dans de nombreuses régions et les reines qui hivernent sous terre sont de plus en plus exposées aux risques d’inondation.

Heureusement, ces insectes peuvent survivre plusieurs jours sous l’eau sans se noyer. De façon inattendue, nos nouvelles recherches montrent qu’elles y parviennent grâce à un processus qui leur permet de passer jusqu’à huit jours immergées tout en continant à respirer.

Tout a commencé par un accident de laboratoire

Nous avons d’abord découvert que les reines bourdons en hivernage pouvaient survivre à une immersion grâce à un accident.

Lors d’une expérience menée à l’Université de Guelph (Ontario, Canada), certains des tubes dans lesquels les reines passaient l’hiver dans un réfrigérateur de laboratoire se sont accidentellement remplis d’eau. Au départ, nous avons pensé que les reines étaient mortes. Mais après avoir vidé l’eau, elles ont commencé à bouger et se sont rapidement rétablies, suggérant que les reines bourdons étaient en mesure de survivre à une immersion.

Nous avons alors conçu une expérience de suivi impliquant 143 reines du bourdon commun de l’Est (Bombus impatiens). Nos résultats ont confirmé qu’il ne s’agissait pas d’un simple hasard : les reines ont bel et bien résisté à une immersion complète pendant près d’une semaine.

Restait une question intrigante : comment cet insecte pollinisateur terrestre peut-il survivre sous l’eau ? Pour y répondre, il nous fallait adopter une nouvelle approche et étudier leur physiologie.

Au cœur de la colonie

La reine est le cœur d’une colonie de bourdons : elle est la seule capable d’assurer la génération suivante. Si l’on entend souvent le bourdonnement des ouvrières qui visitent les fleurs en été, les reines, elles, sont rarement visibles. Elles passent en effet une grande partie de la saison à l’intérieur du nid, où elles pondent des œufs qui donneront naissance aux ouvrières puis, plus tard dans l’été, aux mâles et aux nouvelles reines.

Lorsque l’hiver arrive, la plupart des membres de la colonie meurent et seules les reines nouvellement produites survivent. Après l’accouplement, elles se dispersent et s’enfouissent dans le sol, chacune s’installant dans une petite cavité où elle entre en diapause. Quand le printemps revient enfin, les reines qui ont survécu à ce long sommeil souterrain sortent de leur abri et entreprennent la tâche cruciale de fonder une nouvelle colonie.

Respirer sous l’eau

Pour comprendre comment ces reines peuvent survivre à une immersion, nous avons étudié leur respiration et leur métabolisme lors d’une expérience subséquente menée à l’Université d’Ottawa (Ontario, Canada). Pendant la diapause, les reines sont déjà dans un mode d’économie d’énergie extrême. L’énergie nécessaire à leur survie — leur taux métabolique — chute de plus de 99 %. Lorsqu’elles sont immergées, leurs besoins énergétiques diminuent encore davantage. Avec des besoins en oxygène aussi faibles, respirer sous l’eau devient possible.

Mais comment avons-nous pu déterminer que les reines respirent réellement sous l’eau ? Une méthode consiste à mesurer les échanges de gaz avec l’eau environnante. C’est ce que nous avons fait, et les résultats sont frappants : pendant huit jours d’immersion, les reines ont continué à consommer de l’oxygène et à libérer du dioxyde de carbone sous l’eau.

De nombreux insectes aquatiques utilisent une astuce simple pour respirer sous l’eau. Une fine couche d’air adhère à leur corps, ce qui leur permet d’utiliser leur système respiratoire habituel — le système trachéen. L’oxygène présent dans l’eau environnante se diffuse progressivement dans cette couche d’air. Les reines bourdons s’appuient probablement sur un mécanisme similaire.

Toutefois, la respiration sous l’eau ne suffit pas à couvrir entièrement leurs besoins énergétiques. Pour combler ce manque, les reines produisent aussi une partie de leur énergie grâce au métabolisme anaérobie — un processus qui ne nécessite pas d’oxygène. Cette voie produit de l’acide lactique, que nous avons effectivement détecté chez les reines pendant l’immersion.

Ces adaptations physiologiques leur permettent de survivre sous l’eau, mais elles ont un coût. Après être remontées à la surface, les reines doivent passer plusieurs jours à récupérer, en dépensant bien plus d’énergie que si elles n’avaient jamais été immergées.

Une résilience inattendue

Les reines bourdons passent l’hiver seules, enfouies sous terre et dépendantes des réserves d’énergie accumulées pour survivre jusqu’au printemps. Leur capacité à tolérer plusieurs jours d’immersion — et même à respirer sous l’eau — révèle une résilience inattendue face à l’un des dangers de cette vie souterraine.

C’est un point crucial, car les colonies de bourdons dépendent entièrement de la survie des reines qui hivernent. Si une reine meurt pendant l’hiver, la colonie qu’elle aurait fondée au printemps suivant ne verra jamais le jour.

Cette capacité à survivre à une immersion pourrait jouer un rôle important — et jusqu’ici largement sous-estimé — dans la résilience des populations de bourdons menacées. Même pour des insectes aussi familiers et relativement bien étudiés, il reste donc encore beaucoup à découvrir sur les façons parfois surprenantes dont ils parviennent à faire face aux défis environnementaux.

Sabrina Rondeau a reçu des financements du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, du Fonds de recherche du Québec — Nature et technologies, ainsi que de la Fondation de la famille Weston.

Charles-Antoine Darveau reçoit des financements du programme de subventions à la découverte du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada.

Nigel Raine reçoit des financements du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, du projet Horizon Europe ProPollSoil, du Fonds d’innovation de la Fondation canadienne pour l’innovation, du ministère de l’Agriculture, de l’Alimentation et de l’Agroentreprise de l’Ontario, de la Fédération canadienne de la faune et de la Fondation de la famille Weston.

– ref. Comment les reines bourdons peuvent-elles survivre plusieurs jours sous l’eau ? – https://theconversation.com/comment-les-reines-bourdons-peuvent-elles-survivre-plusieurs-jours-sous-leau-280278