Anatomie des insectes

Anatomie d'une mouche tsé-tsé : en violet, la tête ; en bleu, le thorax ; en vert, l'abdomen

Le corps des insectes, comme celui des autres arthropodes, est segmenté (leur nom vient du latin in sectus, « en section », « en morceaux »). Ils sont caractérisés par un exosquelette composé de chitine, un corps segmenté en trois parties principales (tête, thorax et abdomen), trois paires de pattes articulées, des yeux composés et une paire d'antennes. On appelle les segments du corps des métamères et leur segmentation la métamérisation ou métamérie.

Anatomie externe

Comme tous arthropodes, les insectes ont un corps segmenté soutenu par un exosquelette qui est composé d'une cuticule chitineuse. Les segments du corps sont organisés en trois parties principales qui sont la tête, le thorax et l'abdomen. La tête possède une paire d'antennes, une paire de yeux composés, des ocelles et trois ensembles d'appendices modifiés qui forment les pièces buccales.

Tête chez l'insecte

Le thorax est composé de trois segments (prothorax, mésothorax et le métathorax) et porte généralement tous les organes locomoteurs (ailes ou pattes). L'abdomen est composé la plupart du temps de onze segments qui peuvent parfois porter des appendices tels des cerques par exemple. À l'intérieur, il contient une partie des organes importants comme l'appareil digestif, le système respiratoire, le système excréteur et les organes reproducteurs^[1]. On retrouve une grande variabilité et de nombreuses adaptations dans la physiologie des parties du corps de l'insecte, en particulier les ailes, les pattes, les antennes et les pièces buccales.

Tête

Chez la plupart des insectes au stade adulte ou larvaire, la tête est entourée d'un disque fortement sclérifié que l'on nomme capsule céphalique ou épicrâne. Cette formation n'est cependant pas présente chez toutes les larves d'insectes (ex: larves de mouche Cyclorrhapha). La capsule céphalique est la partie principale de la tête et elle porte les yeux composés, les ocelles, une paire d'antennes et les pièces buccales. Cette capsule est l'assemblage de 6 segments les plus antérieurs du corps^[2].

Le frons est la partie de la capsule céphalique qui se retrouve à l'avant, juste en dessous des antennes. Il varie en forme et en taille. Chez certaines espèces, sa délimitation est relativement arbitraire. Chez d'autres, il est délimité par des sillons fronto-clypéaux ou épistomiaux. Dans le cas des insectes à trois ocelles, le médian est habituellement situé sur le frons. Sur le sommet de la tête (vertex), on retrouve des sutures frontales qui peuvent être de différentes formes (Y, U ou V). Lors de la mue de certains insectes, ces sutures s'ouvrent et permettent à l'animal de s'extirper de son ancienne enveloppe. Les sutures frontales ne sont pas présentes chez tous les insectes.

Les quatre segments les plus apparents sont ceux qui ont conservé des appendices pairs articulés : antennes, mandibules, maxilles et labium.

Ocelles

Les ocelles sont des organes photorécepteurs simples qui se retrouvent sur le dessus de la tête des insectes. Elles sont extrêmement sensibles à la lumière mais leur fonction n'est pas visuelle. Ils sont généralement en nombre de trois, un central et deux latéraux. Certains insectes terrestres, comme certaines fourmis et cafards, n'ont seulement que deux ocelles. Les ocelles détectent la luminosité et les petits changements dans celle-ci.

Les ocelles pourraient aider à maintenir la stabilité pendant le vol à cause de leur capacité à détecter les changements dans la luminosité^[3][4] . Ils joueraient également un rôle dans la visualisation de la polarité ou encore comme détecteur du cycle circadien.

Yeux composés

Yeux composés (photo prise au microscope)

Les yeux composés sont formés par la juxtaposition de plusieurs centaines d'ommatidies (jusqu'à 30 000 dans un œil composé unique), une unité visuelle simple. L'image perçue est donc une combinaison des contributions de ses nombreuses ommatidies. Comparativement aux yeux simples, ils ont moins de résolution mais ils possèdent un plus grand angle de vue et sont capables de détecter les mouvements rapides. Dans certains cas, ils ont la possibilité de détecter la polarité^[5].

Pseudopupille observable chez la mante

Chez les insectes volants ou prédateurs, les ommatidies sont organisées de manière à donner une vision très spécialisée. Les unités visuelles sont plus aplaties et leurs facettes sont beaucoup plus grandes. L'aplatissement permet aux ommatidies de recevoir une plus grande quantité de lumière. La résolution des images se retrouve donc plus élevée.

Chez ces insectes, on retrouve la pseudopupille, une petite tache noire qui semble toujours regarder en direction de l'observateur. Cette tache est produite par le fait que les ommatidies de face absorbent la lumière incidente, tandis que ceux de côté la reflètent^[6].

Antennes

Les antennes sont les principaux organes pour l'odorat. Elles peuvent détecter les mouvements et leur orientation, les odeurs, le son, l'humidité et une variété de signaux chimiques (phéromones). Ils peuvent également servir d'organes tactiles pour analyser l'environnement, de moyen de communication pour l'accouplement ou encore de moyen de défense. L'antenne est composée de trois sections principales : le scape, le pédicelle et le flagelle.

• Scape : le premier article (le plus basal) de l'antenne.
• Pédicelle : le deuxième article de l'antenne.
• Flagelle : l'ensemble des articles de l'antenne à partir du troisième article.
• Flagomères : les articles qui composent la flagelle.

Les antennes sont très variables chez les insectes^[7]. De plus, au sein de la même espèce, on retrouve également de légères différences entre les sexes.

Types communs d'antennes d'insectes

Différents types d'antennes d'insectes

• Aristée : forme élargie avec un poil latéral (ex : Diptera).
• Filiforme : forme simple, allongée et droite.
• Sétacée : l'antenne se rétrécit progressivement de la base à la pointe (ex : Thysanoptera, Blattaria, Ephemeroptera, Plecoptera et Trichoptera).
• Moniliforme : segments antennaires en forme ronde qui donnent une apparence de collier de perles (ex : Coleoptera).
• Serriforme : antenne qui est inclinée d'un côté donnant l'apparence d'un bord de scie (ex : Coleoptera).
• Pectiniforme : antenne ayant l'apparence d'un peigne, les segments sont plus longs d'un côté (ex : Coleoptera, Hymenoptera - Symphyta).
• Claviforme : segments antennaires qui s'élargissent à la pointe de l'antenne. Cela peut être progressif et présent sur toute la longueur ou une augmentation soudaine dans les derniers segments (ex : Coleoptera et Lepidoptera).
• Lamelliforme : segments antennaires aplatis formant des lamelles (ex : Coleoptera - Scarabeidae).
• Coudée ou géniculée : présence d'un coude dans l'antenne (Hymenoptera - Formicidae et Coleoptera).
• Plumeuse : Segments antennaires avec un certain nombre de branches fines, semblable à une plume (ex : Diptera et Lepidoptera - Saturniidae)

Pièces buccales

Pièces buccales : A. broyeur (ex: criquet), B. suceur-lécheur (ex: abeille), C. suceur (ex: papillon), D. suceur-piqueur (ex: moustique), a. antenne, c. yeux composés, lb. labium, lr. labre, md. mandibules, mx. maxilles, hp. hypopharynx

Les invertébrés ancestraux avaient des pièces buccales du type broyeur. Au cours de l'évolution, une spécialisation s'est effectuée, si bien que maintenant on en retrouve plusieurs types (broyeur, suceur, suceur-piqueur, suceur-spongieur et suceur-lécheur)^[8].

Chez les broyeurs, on retrouve quatre pièces d'importance : labre, mandibules, maxilles et le labium. Les trois dernières sont des appendices locomoteurs ancestraux qui se sont modifiés et spécialisés à des fonctions reliées à l'alimentation.

• Labre : C'est une pièce unique de la bouche formant la lèvre supérieure. Il couvre la base des mandibules et forme la voûte de la cavité buccale des insectes.
• Mandibules : Elles servent à saisir, couper ou encore broyer la nourriture. Elles sont les principaux organes d'ingestion et les premiers appendices buccaux.
• Maxilles : Elles sont accessoires aux mandibules et elles peuvent avoir plusieurs fonctions (masticatrices ou sensorielles).
• Labium : Il est la fusion de la deuxième paire de maxilles. Il joue un rôle de lèvre inférieure et peut être utilisé comme organe sensoriel.

Les pièces buccales du type broyeur se rencontre chez plusieurs ordres d'insectes (coléoptères, orthoptères, odonates, plécoptères, neuroptères, certains hyménoptères, larves de lépidoptères etc.).

Suceur simple

Ce type de pièces buccales se rencontre chez les papillons (lépidoptères). Les maxilles ont évolué en une trompe multi segmentée qu'on appelle le proboscis. Ce tube est enroulé sous la tête au repos. Les papillons se nourrissent du nectar des fleurs, des sels minéraux et des nutriments contenus dans d'autres liquides. On retrouve également deux longs palpes incurvés vers l'avant qui sont dérivés du labium.

Suceur-piqueur

Plusieurs ordres d'insectes ont des pièces buccales qui percent pour ensuite s'alimenter par succion des fluides internes des plantes ou des organismes vivants. Certains sont phytophages, comme les pucerons et les cicadelles, tandis que d'autres sont insectivores, prédateurs ou hématophages, comme les moustiques ou certaines punaises.

Chez ces insectes, le labium forme un proboscis de quatre sections articulées entre elles. À l'intérieur, on retrouve quatre stylets dont la plus externe est la dérivation des mandibules et la plus interne les maxilles. À l'intérieur, on retrouve un canal d'ingestion et un canal salivaire.

Chez les moustiques femelles, le labium forme une gaine et renferme tous les autres pièces buccales. Le labre forme un tube qui sert à aspirer le sang. Les mandibules et les maxilles ont évolué en quatre stylets qui servent à percer la peau de l'animal.

Suceur-spongieur

Certaines mouches (ex: mouche domestique) ont des pièces buccales du type suceur-spongieur. Le labium est modifié en forme de trompe et il sert à aspirer les aliments liquides jusqu'à l'œsophage. Au bout de celui-ci, on retrouve des lamelles qui forment un appareil spongieux. Cet organe fonctionne comme une éponge et absorbe les aliments sous forme liquide. Pour manger de la nourriture solide, la mouche sécrète de la salive et la dépose sur les aliments. Sa salive est remplie d'enzymes digestives et dissout la nourriture. Le résultat est ensuite aspiré dans le labium par capillarité.

Suceur-lécheur

Certains hyménoptères (ex: abeille domestique et bourdons) ont des pièces buccales du type suceur-lécheur. Chez ces insectes, le labium est allongé pour former une sorte de langue ou de glosse. Cette langue imbibe le nectar des fleurs ou encore d'autres liquides et le transfère à l'œsophage. Ils sont également munis de mandibules, qu'ils utilisent pour saisir, couper ou broyer^[9].

Galerie pièces buccales

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  Broyeur

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  Suceur simple

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  Suceur-spongieur

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  Suceur-lécheur

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  Suceur-piqueur

Thorax

Thorax chez l'insecte : 1. Prescutum, 2. Scutum, 3. Scutellum, 4. Propleuron, 5. Mesopleuron, 6. Metapleuron, 7. Prosternum, 8. Mesosternum, 9. Metasternum

Le thorax est situé entre la tête et l'abdomen. Chez la majorité des insectes, il est formé de trois parties distinctes : prothorax (T1), mésothorax (T2) et le métathorax (T3). Ces trois segments sont entourés de sclérites formant l'exosquelette de chaque segment : notum, sur la face dorsale, pleuron, sur les côtés, sternum, sur la face ventrale. Chaque segment décline ces noms : ainsi les sclérites du prothorax sont les pronotum, propleuron, et prosternum, ceux du mésothorax les mésonotum, mésopleuron, et mésosternum, ceux du métathorax les métanotum, métapleuron, et métasternum.

C'est la partie du corps à laquelle les trois paires de pattes et les ailes sont attachées. Le thorax donc parfaitement adapté à la locomotion (marche, nage et vol). Chez les insectes ptérygotes adultes, les segments T2 et T3 portent les ailes.

Pattes

Les pattes sont composées de plusieurs segments : coxa, trochanter, fémur, tibia et tarse. Ce dernier est segmenté en plusieurs parties appelées tarsomères. À l'extrémité, du tarse on retrouve une ou deux griffes . Le fémur et le tibia sont généralement les sections les plus longues.

Les pattes servent principalement pour la locomotion et elles sont très variables en forme. Elles ont évolué pour nager, s'agripper, courir rapidement, creuser, se défendre, attraper des proies, etc.

Ailes

Les insectes modernes ont généralement deux paires d'ailes. La première paire, dite ailes antérieures (AA) se situe sur le mésothorax (T2) tandis que la deuxième, dites ailes postérieures, se retrouve sur le métathorax (T3). Au sein de cette classe, on rencontre une grande variabilité en forme et en texture. D'ailleurs, la forme des ailes constitue un critère taxonomique important pour la détermination des ordres^[8].

Certains insectes n'ont pas d'aile au stade adulte. Cet aptérisme est une caractéristique de plusieurs taxons d'insectes (Phthiraptera et Siphonaptera). L'ordre des diptères (mouche, maringouin, etc.) ont des ailes postérieures modifiées en structures appelées haltères. Les mouches sont donc considérées comme ayant qu'une seule paire d'ailes.

Abdomen

L'abdomen est composé de 11 segments

L'abdomen est la partie située derrière le thorax et il comprend généralement 11 segments (A1 à A11). Ces segments possèdent une série de petits trous, appelés stigmates, qui permettent à l'insecte de respirer. Les deux principaux types sont les tergites (sur la face dorsale) et les sclérites (sur la face ventrale). Ces deux plaques sont articulées latéralement (pleure) par un repli membranaire (conjonctive) extensible, appelé repli tégumentaire pleural. Chez la plupart des insectes, les tergites sont membraneux et elles sont cachées sous les ailes au repos. Les sclérites sont généralement plus larges et ils sont bien visibles sous l'abdomen. Leur niveau de sclérification peut être très variable.

À l'intérieur, on y retrouve la majorité des organes internes (tube digestif, appareil reproducteur, etc.). L'abdomen ne porte généralement pas d'appendices pairs (aucune patte et aucune aile) sauf sur les segments postérieurs en position terminale. Les cerques, l'ovipositeur ou encore l'aiguillon sont des appendices terminaux retrouvés chez certains insectes.

Au dernier segment (A11), l'abdomen est constitué de trois sclérites triangulaires convergeant autour des orifices anaux et génitaux. La sclérite du haut est appelée épiprocte tandis que les deux sclérites du bas sont nommées paraproctes.

Exosquelette

Le squelette externe de l'insecte est composé de deux couches : l'épicuticule et la procuticule. La première est une couche cireuse résistante à l'eau qui ne contient pas de chitine. La seconde est beaucoup plus épaisse et est composée de deux couches : une externe dite exocuticule et une couche interne appelée endocuticule. L'endocuticule est résistante et flexible. Elle est faite de nombreuses couches de chitine et de protéines fibreuses entrecroisées. L'exocuticule est plus rigide et sa composition peut être très variable chez les différents stades de croissance^[1].

Les insectes sont les seuls invertébrés à avoir développé la capacité de voler. Cette adaptation a joué un rôle important dans leur succès évolutif^[1]. Pour chaque impulsion nerveuse, leurs muscles sont capables de se contracter plusieurs fois, permettant aux ailes de battre rapidement. Leurs muscles sont attachés directement à l'exosquelette, ce qui leur permet d'avoir une meilleure connexion musculaire.

Anatomie interne

Système respiratoire

La respiration de l'insecte se fait grâce à des invaginations du tégument appelées trachées qui constituent un réseau apportant l'oxygène directement aux cellules. Ces trachées s'ouvrent sur l'extérieur par des stigmates respiratoires à ouverture variable, sur les côtés des segments (pleurites) thoraciques et abdominaux. L'appareil circulatoire n'a donc pas ou peu de rôle pour la respiration (à quelques exceptions près comme les larves de chironome — diptère vivant dans des milieux très faiblement oxygénés — qui possèdent de l'hémoglobine).

Système circulatoire

Le milieu intérieur est constitué d'hémolymphe qui est mis en mouvement par des vaisseaux contractiles dorsaux et les mouvements musculaires généraux de l'insecte. L'appareil circulatoire est ouvert, à faible pression.

Système digestif

L'insecte utilise son système digestif pour extraire des nutriments et d'autres substances à partir de la nourriture qu'il consomme^[10]. Ces aliments sont généralement ingérés sous forme de macromolécules complexes composées de protéines, polysaccharides, lipides et d'acides nucléiques. Ces macromolécules doivent être ventilées par des réactions cataboliques pour devenir des molécules plus petites comme des acides aminés et des molécules de sucre simple. De cette manière, les cellules peuvent les assimiler.

L'appareil digestif est constitué d'un long tube clos appelé le canal alimentaire et celui-ci s'étend longitudinalement à travers le corps. Ce tube digestif dirige unidirectionnellement la nourriture de la bouche à l'anus. Il est divisé en trois parties : stomodeum (intestin antérieur), mésentéron (intestin moyen) et proctodeum (intestin postérieur). Le Stomodeum et le proctodeum sont recouverts de cuticule puisqu'ils sont issus d'invaginations du tégument. En plus du tube digestif, les insectes ont également des glandes salivaires et des réservoirs salivaires. Ces structures se retrouvent dans le thorax, à côté de l'intestin antérieur^[1].

Système nerveux central

Le système nerveux central est constitué d'une double chaîne ganglionnaire ventrale, dont les ganglions les plus massifs sont antérieurs et forment le cerveau situé dans la cavité de l'exosquelette de la tête. Les trois premières paires de ganglions sont fusionnés dans le cerveau, tandis que les trois paires suivantes fusionnent pour former un ganglion sous-œsophagien qui innerve les pièces buccales^[1].

Les segments thoraciques ont un ganglion placé de chaque côté du corps, donc une paire par segment. Cette disposition est également présente dans les huit premiers segments abdominaux^[11]. Cette constitution peut varier, certaines blattes (blattaria) ont seulement six ganglions abdominaux. La mouche domestique (Musca domestica) a tous les ganglions fusionnés en un seul et celui-ci se retrouve dans le thorax.

Quelques insectes ont des nocicepteurs, des cellules qui détectent et transmettent des sensations de douleur^[12]. Bien que la nociception ait été démontré chez les insectes, il n'y a pas de consensus sur leurs degrés de conscience à la douleur^[13].

Système reproducteur

Femelle

Appareil reproducteur chez un papillon femelle

Chez la femelle, le système reproductif est composé d'une paire d'ovaires, des glandes accessoires, d'une ou de plusieurs spermathèques et des oviductes latéraux qui relient ces parties ensemble. Les ovaires sont constitués d'un certain nombre de tubes d'œufs, appelés ovarioles. Selon les espèces, les ovaires produisent un nombre variable d'œufs.

Les glandes accessoires produisent des substances qui jouent un rôle dans la lubrification et dans l'enrobage final des œufs (ex: chorion). Ces glandes produisent également de la colle et des substances protectrices pour le revêtement des œufs (oothèque). Ils jouent aussi un rôle dans l'entretien des spermatozoïdes.

La spermathèque est un tube ou un sac qui entrepose et conserve les spermatozoïdes pendant une période (de l'accouplement à l'ovulation) très variable selon les espèces. Chez les insectes, la femelle peut gérer l'utilisation des spermatozoïdes en synchronisant leur libération de la spermathèque au moment de la ponte. Ceux-ci auront alors un accès à l'œuf passant dans l'oviducte médian^[14].

Les œufs sont ensuite pondus isolés ou en masse selon l'espèce. La femelle fixera ceux-ci au substrat de ponte approprié.

Mâle

Appareil reproducteur chez un papillon mâle

Les insectes mâles ont généralement deux testicules qui sont en suspension dans la cavité abdominale grâce aux trachées et aux corps gras. Chez les insectes plus primitifs aptérygotes, il n'y a qu'un seul testicule. Cette particularité se retrouve également chez certains lépidoptères cependant, dans leur cas, l'organe provient d'une fusion de deux testicules pendant les derniers stades de développement larvaire. Les testicules sont formés de tubes séminifères (follicules) et à l'intérieur on retrouve un sac membraneux qui contient les spermatozoïdes. Les tubes sont connectés aux canaux déférents qui servent à l'évacuation du sperme par l'intermédiaire d'un canal éjaculateur. La partie terminale de ce canal peut être sclérifiée pour former l'édéage (pénis), un organe d'intromission.

Les spermatozoïdes des insectes sont relativement longs comparativement à leur petite taille. Chez certains groupes plus ancestraux, ils sont transférés via un spermatophore. Généralement, le transfert se réalise sous forme de semence liquide par insémination directe^[1].

Schéma anatomie interne

Anatomie de l'insecte
A. Tête
1. antennes 2. ocelles inférieures 3. ocelle supérieure (centrale) 4. œil composé	5. cerveau (ganglion cérébral) 31. ganglion sous-œsophagien 32. pièces buccales
B. Thorax
6. prothorax 7. artère dorsale 8. tubes trachéaux (trompe en spirale) 9. mésothorax 10. métathorax	27. boyaux avant (jabot, gésier) 28. ganglion thoracique 29. coxa 30. glande salivaire
Ailes
11. première paire d'ailes	12. seconde paire d'ailes
Pattes
21. coussinet 22. griffes 23. tarse	24. tibia 25. fémur 26. trochanter
C. Abdomen
13. boyaux médians (estomac) 14. cœur 15. ovaire (ou testicule chez le mâle) 16. boyaux arrières (intestin, rectum et anus)	17. anus 18. vagin (ou pénis chez le mâle) 19. chaîne ganglionnaire ventrale 20. tubes de Malpighi

Références

Voir aussi

• Anatomie des arthropodes

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