Comment les insectes ont conquis la Terre

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Publié le 6 septembre 2022

Des mouches en Antarctique aux scarabées de nos jardins, les insectes sont présents partout sur la planète. Ils doivent ce succès à une très longue histoire évolutive, remontant à plus de 400 millions d'années.

Les arthropodes, précurseurs des insectes

Les insectes sont issus d'un ensemble (embranchement) d'animaux très anciens, les arthropodes. Ce sont eux qui ont inventé de nombreux traits caractérisant les insectes.

Il y a bien, bien longtemps...

La planète Terre s'est formée il y a 4,5 milliards d'années. Si la vie est apparue rapidement (probablement il y a 3,8 milliards d'années), elle s'est longtemps exprimée sous forme d'organismes constitués d'une seule cellule. Les premiers animaux multicellulaires furent sans doute des éponges, fixées au fond des océans, il y a 900 millions d'années. Il y a 550 millions d'années apparurent les arthropodes, les ancêtres des insectes.

Les arthropodes inventent carapace et pattes articulées

Le corps des arthropodes est enveloppé dans une carapace, un exosquelette plus ou moins souple, doté d'articulations. Mais surtout, pour la première fois au cours de l'évolution, il est doté de pattes !

Les trilobites voient grand

Les collectionneurs les adorent. Ces arthropodes de quelques centimètres de long, qui ont vécu au fond des océans entre -550 et -250 millions d'années, font de superbes fossiles. Les trilobites ressemblent à des cloportes actuels. On en connaît près de 20 000 espèces différentes ! Dotés, pour la première fois, d'yeux composés de multiples facettes.

À la conquête des continents

Il y a 450 millions d'années, des mille-pattes (myriapodes, un sous-embranchement des arthropodes, cousin des insectes), commencent à sortir de l'eau. Ce sont probablement les premiers animaux à s’installer définitivement sur les continents. Les végétaux, dont ils se nourrissent, les avaient précédés.

Et les insectes furent...

Leurs premiers fossiles connus datent de 425 millions d'années, soit après les poissons (-530 millions d'années), mais bien avant les dinosaures (-230 millions d'années) ou les mammifères (-210 millions d'années). Ils ont hérité de leurs ancêtres arthropodes l'exosquelette, les membres articulés, les yeux composés. Avec leurs cousins les myriapodes, les insectes vont massivement investir les terres émergées.

Trilobite fossilisé

Trilobite Chotecops fernandini. Les trilobites sont des arthropodes marins disparus il y a 250 millions d’années.

© MNHN - D. Serrette

L'insecte, un corps de conquérant

Les insectes sont des arthropodes à la silhouette particulière. Leur corps est divisé en trois parties ou « tagmes » : la tête, le thorax avec trois paires de pattes et un abdomen. Une silhouette reconnaissable entre mille.

Une tête pour voir, sentir, manger...

Sur la tête des insectes, on trouve des pièces buccales adaptées à leur régime alimentaire : des mandibules pour broyer (chez les scarabées ou les criquets), des canaux salivaires chez les insectes suceurs (comme les abeilles), une langue comme chez les papillons. Ils possèdent également des yeux composés de plusieurs centaines de facettes, chacun fonctionnant comme un œil simple, ce qui leur donne une vision très large.

La conquête de l'air

Les premiers insectes ne portaient pas d'ailes. Mais il y a 320 millions d'années, certains se dotent de trois paires d'ailes, une par segment du thorax. Certains en ont perdu par la suite. Aujourd’hui, la plupart des insectes en possède deux paires. Chez les diptères (mouches, moustiques), une seule paire est restée fonctionnelle.

L'abdomen respire

L'abdomen, dernier tagme du corps de l'insecte, renferme les viscères. C'est aussi là que se trouvent les organes reproducteurs. L'abdomen est percé de trachées pour la respiration à l'air libre : des canaux dans lesquels circule l'air ambiant, au gré des contractions qui agitent cette partie du corps.

La métamorphose

Très rapidement, dès -350 millions d'années, au Carbonifère, les insectes expérimentent des mues : ils passent d'un état de larve à une forme adulte, parfois par l'intermédiaire d'une chrysalide. À chaque fois, ils doivent changer d'exosquelette devenu trop petit : c'est la mue.

Un succès fou

Au cours de leur évolution, les insectes ont colonisé de nombreux écosystèmes. On les trouve sous presque tous les climats, sur terre, dans les étendues d'eau douce et même en mer avec certaines punaises aquatiques ! Aujourd'hui, 1,3 million d'espèces d'insectes ont été décrites, ce qui représente les deux tiers des organismes vivants connus.

Libellule géante fossilisée sur fond blanc

Libellule géante - Muséum national d’Histoire naturelle

© MNHN - D. Serrette

Les fossiles racontent l'évolution des insectes

Les insectes sont très présents dans les gisements fossiles du monde entier. Une mine d'or pour les entomologistes qui les étudient.

Qui fut le premier ?

On n'a pas trouvé de trace fossile du premier insecte ayant vécu sur la planète. Mais en reconstituant l'évolution génétique des espèces actuelles, on estime que l'ancêtre commun de toutes les espèces actuelles est apparu au Silurien (il y a 425 millions d’années), une époque où le règne animal était dominé par les poissons.

Prisonnier dans l'ambre

Les conifères et certaines plantes à fleurs sécrètent de la résine. Visqueuse, elle emprisonne parfois des insectes. Si l'événement a eu lieu il y a des millions d'années et que la résine a fossilisé, elle devient de l'ambre. Ses inclusions (insectes, morceaux animaux ou végétaux) constituent une véritable fenêtre ouverte sur le passé.

Strudiella devonica est un fossile de 1 cm de long environ. La tête est en haut et porte de robustes antennes.

Le plus ancien fossile complet. Il ressemble à une sauterelle primitive, avec de longues antennes, une grosse tête et des mandibules puissantes. Ce fossile d'à peine 1 cm date du Dévonien supérieur (-365  millions d'années). Découvert dans le gisement belge de Strud, il a été baptisé Strudiella.

© MNHN - R. Garrouste

Habitus d'une larve de Culicidae - Ambre de l'Oise (-53 millions d'années)

© MNHN

« Les premiers insectes étaient avant tout des mangeurs de plantes, ils se nourrissaient de lichens, de mousses, de débris organiques. »

André Nel, entomologiste et professeur au Muséum national d’Histoire naturelle

Les insectes dans l'histoire de la vie

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Hadéen

Hadéen

Il y a 4,6 milliards d’années, la Terre achève sa formation. Débute alors la première ère géologique : l'Hadéen. Le noyau de notre planète se forme et la lune apparait, probablement à la suite d'un impact entre la Terre et une proto-planète nommée Théia.

La croûte terrestre commence sa formation, et la température à la surface de la planète baisse progressivement. Il y a 4 milliards d’années, à la fin de l'Hadéen, les conditions nécessaires à l'émergence de la vie sur Terre seront réunies.

Notre dossier sur l'Hadéen
Archéen

Archéen

Il y a 4 à 2,5 milliards d'années, la croûte terrestre continue de se former sous l’action d'un volcanisme intense. Plus tard, dans les océans très chauds, les premières bactéries et algues apparaissent. Leur photosynthèse produit alors du dioxygène, déchet toxique auquel le reste du vivant s'adaptera par la suite.

Certaines colonies de cyanobactéries sont organisées en tapis microbiens qui forment de grandes structure minérales appelées stromatolites. Ces structures sont les plus anciennes traces de vie connues.

Sur la frise : un stromatolite et une colonie d'algues, productrices d'oxygène.

Notre dossier sur l'Archéen
Protérozoïque

Protérozoïque

Au protérozoïque, du grec signifiant « avant l'animal », l'atmosphère se charge de l'oxygène produit dans les océans. A la suite d'un brusque refroidissement, les algues se diversifient sur les fonds marins et les animaux pluricellulaires apparaissent, tels que les méduses et des petits animaux munis de coquilles.

Sur la frise : un Dickinsonia (animal à corps mou) un Cloudinidae (animal à coquille) et une méduse.

Paléozoïque

L'ère Paléozoïque

Au paléozoïque, de nombreuses groupes d'espèces animales et végétales apparaissent et conquièrent tous les milieux. L’apparition d’animaux pourvus de squelettes minéralisés internes ou externes a facilité leur fossilisation et donc la préservation de spécimens jusqu’à nos jours.

Nos dossiers sur l'ère Paléozoïque
Cambrien

Cambrien

Au Cambrien, la formidable diversification de la vie démarrée au Protérozoïque se poursuit et s’accélère avec le développement de structures minéralisées, telles que les squelettes externes des arthropodes. Les fonds marins se peuplent d’animaux aux formes souvent très différentes des faunes actuelles. De nombreux groupes d’arthropodes, de vers, d’éponges ou de mollusques apparaissent.

Sur la frise : un Anomalocaris (arthropode) un trilobite (arthropode) et un Pirania (éponge tubulaire).

Notre dossier sur le Cambrien
Ordovicien
Extinction
Ordovicien-Silurien

Ordovicien

À l'Ordovicien, la vie animale se propage hors des fonds marins et gagne la colonne d'eau. Des vertébrés et des céphalopodes nagent en eaux libres alors que les brachiopodes et trilobites sont très fréquents sur les fonds marins. Les premières plantes terrestres colonisent les milieux humides continentaux. A la fin de l'Ordovicien, un refroidissement du climat entraîne la première des cinq grandes crises de la biodiversité.

Sur la frise : un Sacabambaspis (vertébré), un orthocône (céphalopode) et un brachiopode.

Extinction
Ordovicien-Silurien

La Terre connaît une première grande crise à la fin de l’Ordovicien, alors que la vie est exclusivement marine. Cette crise serait due à un intense épisode de glaciation et aurait provoqué la disparition de 60 à 70% des espèces.

Les cinq grandes crises du vivant
Silurien

Silurien

Au Silurien, les arthropodes et les vertébrés poursuivent leur diversification dans les océans. Dans les milieux humides continentaux, les plantes terrestres continuent de se diversifier avec l'apparition des plantes vasculaires (qui possèdent des tiges et de la sève). Elles sont accompagnées de certains arthropodes tels que les myriapodes et les arachnides.

Sur la frise : un euryptéride (ou scorpion de mer), un mille-pattes et l'une des premières plantes vasculaires, Cooksonia.

Dévonien
Extinction
du Dévonien

Dévonien

Au Dévonien, les vertébrés marins sont très diversifiés, en particulier par la présence de nombreux « poissons » cuirassés appelés placodermes. Les tétrapodes apparaissent, ce sont les premiers vertébrés munis de pattes et de doigts mais ils sont encore inféodés aux milieux aquatiques. La végétation du début du Dévonien ne mesure que quelques dizaines de centimètres de haut : elle fait peu à peu place à des forêts d'Archeopteris mesurant jusque 30 mètres.

Sur la frise : un placoderme (prédateur marin), un Calamophyton (arbre) et un Ichtyostega (tétrapode).

Extinction
du Dévonien

D’importantes variations climatiques et la chute de l’oxygénation des mers entraînent, à la fin du Dévonien, une crise qui provoque l'extinction du Dévonien et la disparition de 75% des espèces.

Les cinq grandes crises du vivant

Carbonifère

Carbonifère

Au Carbonifère, de riches écosystèmes forestiers se développent dans les zones humides. Les arbres et insectes volants se diversifient et se spécialisent, alors que débute l'essor des tétrapodes sur le milieu terrestre. C'est à cette période que, de la collision entre deux grands continents, nait le supercontinent de la Pangée.

Sur la frise : un paléodictyoptère (insecte volant), une fougère arborescente et un Hylonomus (reptile).

Notre dossier sur le Carbonifère
Permien
Extinction
Permien-Trias

Permien

À partir du Permien, à la suite suite d'une aridification du climat, la flore change considérablement. Les plantes à graines deviennent dominantes. Les nouvelles chaînes de montagnes subissent une forte érosion. Les amniotes (vertébrés à quatre pattes pondant des œufs) se diversifient sur la terre ferme. Dans les océans, le sommet de la chaîne alimentaire est dominé par des groupes proches des requins actuels.

Sur la frise : un dimétrodon (amniote), un rameau du conifère Walchia et un hélicoprion (proche des requins)

Extinction
Permien-Trias

A la fin du Permien a lieu la crise du Permien-Trias. C'est la plus grande qu’ait jamais connue la Terre. Elle provoque la disparition de plus de 90% des espèces, terrestres comme marines. Cette crise sans précédent aurait été essentiellement causée par deux épisodes volcaniques majeurs.

Les cinq grandes crises du vivant
Mésozoïque

L'ère Mésozoïque

Cette période de grande diversification de la biodiversité, comprise entre deux extinctions massives, dure près de 186 millions d’années. Elle se caractérise par l’émergence et la domination des dinosaures, des reptiles volants et des reptiles marins, ainsi que par l'apparition des mammifères et des plantes à fleurs.

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Trias
Extinction
Trias-Jurassique

Trias

Au Trias a lieu une forte diversification des reptiles : crocodiles, tortues ou encore dinosaures apparaissent sur le supercontinent de la Pangée, accompagnés des premiers mammifères. Des reptiles retournent à la vie marine. Les ptérosaures sont les nouveaux grands prédateurs volants. Les groupes dominants d’insectes sont les coléoptères, les diptères et les hyménoptères. Les conifères deviennent les arbres les plus abondants.

Sur la frise : un Morganucodon (mammifère), un ichthyosaure (reptile marin) et un ptérosaure (reptile volant).

Notre dossier sur le Trias
Extinction
Trias-Jurassique

La crise du Trias-Jurassique s'étend sur près de 17 millions d'années, un record en comparaison aux autres crises qui s’étendent sur des périodes durant de 1 à 2 millions d’années. 

Probablement induite par un intense épisode volcanique en plein cœur d'une Pangée fractionnée, cette crise conduit à la disparition de 70 à 80 % des espèces, alors que commence l'ouverture de l'océan Atlantique.

Les cinq grandes crises du vivant
Jurassique

Jurassique

Au Jurassique, la Pangée n'existe plus, morcelée par les océans Atlantique et Téthys où règnent les reptiles marins. Les dinosaures se diversifient, avec le développement du gigantisme mais aussi l'apparition des premiers oiseaux. Les insectes connaissent également une forte diversification. Côté forêts, les plantes à graines prospèrent mais les fougères restent très présentes dans certains milieux.

Sur la frise : un archéoptéryx (proche des futurs oiseaux), un crabe et un sauropode.

Notre dossier sur le Jurassique
Crétacé
Extinction
Crétacé-Paléogène

Crétacé

C'est au Crétacé qu'ont vécu de célèbres dinosaures comme le tyrannosaure ou le tricératops. Les ammonites et reptiles marins sont fréquents dans les océans tandis que les espèces d'oiseaux se diversifient. Les plantes à fleurs connaissent un très fort succès évolutif, événement majeur de la formation des écosystèmes à venir. Elles sont accompagnées de nombreux pollinisateurs.

Sur la frise : une ammonite, une abeille sur une fleur, un tyrannosaure.

Notre dossier sur le Crétacé
Extinction
Crétacé-Paléogène

La dernière grande crise du Crétacé-Paléogène est sans doute la plus connue, car elle correspond à l’extinction d’un des groupes d’animaux fossiles les plus célèbres, les dinosaures (à l'exception des oiseaux). Elle concorde avec un épisode volcanique majeur au Dekkan (Inde), auquel s’ajoute la chute d’un astéroïde dans la péninsule du Yucatan (Mexique). Ces deux événements ont impacté toute la planète.

Les cinq grandes crises du vivant
Cénozoïque

L'ère Cénozoïque

Débutant il y a 66 millions d’années, le Cénozoïque se poursuit aujourd'hui. Connu comme « l'ère des mammifères » du fait de la rapide évolution de ces derniers vers de grandes tailles, c'est aussi une période de grandes diversifications parmi les oiseaux, les plantes à fleurs ou encore les « poissons à arêtes ».

Paléogène

Paléogène

Le Paléogène se situe après la disparition des dinosaures non-aviens, des ammonites et de nombreux autres groupes d’espèces. Dans les milieux qu’ils laissent vacants, les mammifères et les oiseaux connaissent une forte diversification, alors que les actinoptérygiens (ou « poissons à nageoires rayonnées ») deviennent abondants dans les océans et en eaux douces. Les plantes à fleurs, notamment les arbres feuillus, poursuivent leur développement et deviennent la flore la plus diversifiée.

Sur la frise : un palmier, un baluchitère (grand mammifère) et un actinoptérygien.

Néogène

Néogène

Au Néogène, le courant de Drake se met en place autour de l’Antarctique et la planète se refroidit progressivement pour s’approcher du climat actuel. Durant le Néogène, l’isthme de Panama se referme et relie les Amériques du Nord et du Sud, formant une séparation entre Atlantique et Pacifique. Sur la terre ferme, les prairies de graminées deviennent fréquentes et la faune s’adapte à de nouveaux écosystèmes proches de ceux que l’on connait aujourd’hui.

Sur la frise : une graminée, une antilope (ruminant) et un Livyathan (odontocène ou « cétacé à dents »).

Quaternaire

Quaternaire

Le Quaternaire est la période géologique actuelle, commençant il y a 2,58 millions d'années. Plusieurs épisodes de glaciation et/ou l’émergence du genre humain amènent à l’extinction de la majorité des espèces de grands mammifères, tels que les paresseux géants ou les mammouths. Plus récemment, en un temps bien plus court que lors des autres périodes géologiques, les activités humaines impactent tous les écosystèmes et provoquent une augmentation globale de la température.

Sur la frise : un fuchsia, un humain et une méduse.

Les grandes étapes de l'évolution des insectes

Les fossiles décrivent l'apparition rapide des grandes familles d'insectes, qui ont survécu à toutes les crises.

Le Carbonifère, début de l'âge d'or

La biodiversité animale de la Terre est dominée par les insectes depuis la fin du Carbonifère (-320 millions d’années). Ils grouillent dans les forêts humides. On y trouve notamment quantité de criquets et sauterelles.

Le Permien, période de diversification

Au Permien (entre -300 et -250 millions d'années), le climat terrestre se réchauffe et s'assèche. Ces changements de climat et de végétation favorisent la diversification des insectes, et les faunes modernes pointent.

Les géants disparus

Aujourd'hui, les plus gros insectes dépassent rarement les 16 cm. Mais on a découvert des traces d'insectes géants, comme des libellules de 70 cm d'envergure (Meganeura) ayant vécu il y a plus de 300 millions d'années. À l'époque, aucun vertébré ailé ne les menaçait. Et l'air était plus riche en oxygène, ce qui a stimulé leur croissance. Ils ont disparu pendant la grande extinction du Permien-Trias, il y a 252 millions d'années.

L'apparition des grandes familles d'insectes

Les grands ordres d'insectes actuels sont apparus très tôt. Les coléoptères (scarabées, carabes, hannetons, ...) il y a 300 millions d'années, les hyménoptères (abeilles, guêpes, ...), les diptères (mouches, moustiques) il y a 250 millions d'années, et les lépidoptères (papillons) il y a 150 millions d'années.

« Il y a 100 millions d'années, toutes les familles modernes des insectes étaient apparues. Ce fut le cas bien plus tard chez les vertébrés. »

André Nel, entomologiste et professeur au Muséum national d’Histoire naturelle

Fossile de Protodiamphipnoa gaudryi

Protodiamphipnoa gaudryi (Brongniart, 1885), Commentry (France), Carbonifère supérieur

© MNHN - O. Béthoux

Les insectes, co-architectes des écosystèmes terrestres

En interaction continuelle avec le paysage et les autres espèces vivantes, les insectes ont joué un rôle essentiel dans l'apparition des écosystèmes actuels.

Indispensables pollinisateurs

Les plantes à fleurs (angiospermes) sont apparues il y a 140 millions d'années. Les insectes ont dès le début joué un grand rôle dans le transport du pollen d'une fleur à l'autre, assurant ainsi leur fécondation. Une relation gagnant-gagnant qui explique le succès des angiospermes et de leurs pollinisateurs, notamment des papillons et des abeilles. Au sol, d’autres insectes comme les fourmis transportent et enterrent des graines, favorisant la dissémination des plantes.

Équipés pour communiquer

Un fossile du groupe des Titanoptères, découvert dans le Pas-de-Calais, révèle qu'il y a 310 millions d’années, des insectes communiquaient déjà entre eux. Ses ailes présentent en effet des zones semblables à celles qui produisent les crépitements des criquets. En plus, ces zones réfléchissent la lumière dans des directions privilégiées, produisant des flashs comme le fait le papillon Morpho actuel dans une sorte de langage morse lumineux.

Relations sociales ou de prédation, les insectes interagissent

Il y a 15 millions d'années, fourmis et termites établissaient déjà des relations fortes. Un morceau d'ambre découvert au Mexique a emprisonné plusieurs individus des deux groupes, dont une fourmi du genre Neivamyrmex (fourmi légionnaire) tenant entre ses mandibules un termite Nasutitermes. Cette situation ressemble fort aux raids que les fourmis mènent aujourd'hui contre des nids de termites.

 

Insectes hématophages : se nourrir sur l’autre

Les sédiments de Mongolie Intérieure et du Liaoning ont imprimé les formes de puces géantes (d'environ 2 cm) enfermées là il y a 165 millions d'années. Comme les puces modernes, elles sont dotées d'un organe piqueur qui transperce la peau de leurs hôtes et s'accroche à leurs plumes ou leurs poils. Elles infectaient probablement les dinosaures à plumes.

Frise chronologique - Tiré de l'exposition IRD « Les insectes au secours de la planète »

© L. Rihn

Dossier rédigé en octobre 2022. Remerciements à André Nel, paléoentomologiste et professeur au Muséum national d’Histoire naturelle.