Les insectes peuvent augmenter leur tolérance à la dessiccation de trois manières principales: en augmentant leur teneur totale en eau corporelle; en réduisant le taux de perte d’eau corporelle; et en tolérant une plus grande proportion de la perte globale d’eau du corps. Le temps de survie est déterminé par la teneur initiale en eau et peut être calculé en divisant la tolérance à la perte d’eau (la quantité maximale d’eau qui peut être retirée sans entraîner la mort) par le taux de perte d’eau.
Augmentation de la teneur en eau corporelle
Les insectes dont la teneur initiale en eau corporelle est plus élevée ont de meilleurs taux de survie en conditions arides que les insectes dont la teneur initiale en eau corporelle est plus faible. Des quantités plus élevées d’eau corporelle interne allongent le temps nécessaire pour éliminer la quantité d’eau nécessaire pour tuer l’organisme. La façon dont la teneur en eau corporelle est augmentée peut différer selon les espèces.
L’accumulation de glycogène au stade larvaire de l’insecte a été liée à une augmentation de la teneur en eau corporelle et est probablement une source d’eau métabolique pendant les conditions sèches. Le glycogène, un polysaccharide de glucose, agit comme une source d’énergie oxydante pendant les périodes de stress physiologique. Parce qu’il lie jusqu’à cinq fois son poids dans l’eau en vrac, les insectes avec des niveaux accrus de glycogène corporel ont également des quantités plus élevées d’eau interne. En général, les insectes sélectionnés pour résister à la dessiccation présentent également des stades larvaires plus longs que ceux sensibles à la dessiccation. Cette augmentation du temps de développement est probablement une réponse à l’environnement, permettant aux larves plus de temps pour accumuler du glycogène, et donc plus d’eau avant l’éclosion.
Une autre source possible contribuant à des niveaux plus élevés d’eau corporelle initiale chez les insectes est le volume d’hémolymphe. L’équivalent de l’insecte au sang, l’hémolymphe est le liquide présent dans l’hémocèle et constitue le plus grand réservoir d’eau extracellulaire dans le corps de l’insecte. Chez la mouche des fruits Drosophila melanogaster, les mouches sélectionnées pour leur résistance à la dessiccation ont également produit des quantités plus élevées d’hémolymphe. Un volume d’hémolymphe plus élevé est lié à une augmentation des glucides, en particulier du tréhalose, un sucre commun présent dans de nombreuses plantes et animaux présentant une résistance élevée à la dessiccation. Les mouches Drosophila melanogaster sélectionnées pour leur résistance à la dessiccation montrent une augmentation de 300% du volume d’hémolymphe par rapport aux mouches témoins, en corrélation avec une augmentation similaire des taux de tréhalose. Pendant les périodes d’aridité, les cellules se déshydratent et puisent dans les réserves d’hémolymphe pour reconstituer l’eau intracellulaire; par conséquent, les insectes ayant des niveaux plus élevés de ce liquide sont moins sujets à la dessiccation.
Les insectes peuvent également augmenter la teneur en eau corporelle en se nourrissant simplement plus souvent. Comme le sucre est lentement absorbé dans l’hémolymphe à chaque repas, l’augmentation de la fréquence à laquelle l’insecte ingère une source de sucre augmente également sa tolérance à la dessiccation. En outre, la culture peut également agir non seulement pour stocker les aliments avant la digestion, mais aussi pour fournir un réservoir supplémentaire pour l’eau et le sucre.
Réduction du taux de perte d’eaudit
Une autre stratégie utilisée pour réduire le risque de décès par déshydratation consiste à réduire le taux de perte d’eau. Les trois principales voies par lesquelles les insectes peuvent perdre de l’eau sont (1) la surface du corps (tégument); (2) les trachées (respiration); et (3) l’excrétion, ou les déchets. La caractéristique importante pour réduire la perte d’eau chez les escargots terrestres pendant l’inactivité est un épiphragme.
Tégumentedit
L’exosquelette ou tégument des insectes agit comme une couche imperméable et protectrice contre la dessiccation. Il est composé d’une épicuticule externe, sous-tendue par une procuticule qui elle-même peut être divisée en une exo- et une endocuticule. L’endocuticule confère à l’insecte ténacité et flexibilité et l’exocuticule dure sert à protéger les parties vulnérables du corps. Cependant, la couche cuticulaire externe (épicuticule) est un complexe protéine-polyphénol composé de lipoprotéines, d’acides gras et de molécules cireuses, et constitue la principale défense de l’insecte contre la perte d’eau. De nombreux ordres d’insectes sécrètent une couche de ciment supplémentaire sur leur couche de cire, susceptible de protéger contre l’abrasion ou l’élimination des molécules cireuses. Cette couche est composée de lipides et de protéines maintenus ensemble par des composés polyphénoliques et est sécrétée par les glandes dermiques.
En général, le taux de perte d’eau chez les insectes est faible à des températures modérées. Une fois qu’une température critique spécifique à l’espèce (Tc) est atteinte, alors que les températures continuent d’augmenter, une perte d’eau rapide se produit. Le « modèle de fusion des lipides » est utilisé pour expliquer cette augmentation soudaine du taux de perte d’eau. Le modèle de fusion des lipides indique que l’augmentation de la perte d’eau cuticulaire est directement liée à la fusion des lipides de surface. Les insectes déjà adaptés à des environnements plus arides ont un Tc plus élevé; autrement dit, leurs propriétés cuticulaires changent et les structures lipidiques fondent à une température critique plus élevée.
Chez certains insectes, le taux de perte d’eau cuticulaire est contrôlé dans une certaine mesure par le système neuroendocrinien. Immédiatement après l’ablation de la tête, les blattes décapitées présentent une augmentation importante de la transpiration à travers la cuticule, entraînant une déshydratation sévère. L’injection d’hormones cérébrales dans des corps fraîchement séparés entraîne une forte réduction de la perte d’eau cuticulaire.
Trachéeedit
En général, les insectes adaptés aux milieux arides possèdent également une membrane cuticulaire imperméable qui empêche la perte d’eau. Par conséquent, une majorité de l’eau perdue dans l’atmosphère se produit via les trachées remplies d’air. Pour aider à réduire la perte d’eau, de nombreux insectes ont des revêtements extérieurs à leurs trachées, ou spiracles, qui se ferment lorsque la respiration ouverte n’est pas nécessaire et empêchent l’eau de s’échapper. Les insectes présentant un plus grand risque de perte d’eau sont confrontés au défi d’un approvisionnement en oxygène appauvri ou d’une dessiccation, entraînant une augmentation adaptative du volume trachéal afin de recevoir plus d’oxygène.
Excrétionmodifier
Après l’alimentation, la plupart des insectes retiennent suffisamment d’eau pour hydrater complètement leur corps, excrétant le reste. Cependant, la quantité d’eau excrétée diffère selon les espèces et dépend de l’humidité relative et de la sécheresse de l’environnement. Par exemple, les mouches tsé-tsé maintenues à une humidité relative élevée, et donc dans des conditions non arides, excrètent des matières fécales contenant environ 75% d’eau, tandis que les mouches tsé-tsé maintenues à une humidité relative faible, et donc dans des conditions sèches, excrètent des matières fécales contenant seulement 35% d’eau. Cette adaptation permet de minimiser la perte d’eau dans des conditions défavorables et d’augmenter les chances de survie.
Tolérer une plus grande perte d’eaudit
La plupart des insectes peuvent tolérer une perte d’eau corporelle de 30 à 50%; cependant, les insectes adaptés aux environnements secs peuvent tolérer une perte d’eau corporelle de 40 à 60%. La taille initiale du corps joue également un rôle important dans la quantité de perte d’eau pouvant être tolérée et, en général, les insectes plus gros peuvent tolérer un pourcentage plus élevé de perte d’eau corporelle que les insectes plus petits. Le coléoptère femelle Alphitobius diaperinus, par exemple, est plus grand que son homologue mâle et peut ainsi tolérer 4% de perte d’eau en plus. On suppose que les insectes plus gros ont des réserves lipidiques accrues, empêchant la déshydratation et la dessiccation.