Il y a des centaines de millions d’années, d’énormes insectes planaient au-dessus de vastes marécages. Des chercheurs viennent de revisiter les conditions qui rendaient ces géants possibles.
Une équipe internationale remet en cause l’explication classique de la taille hors norme de certains insectes préhistoriques, rapporte le média scientifique en ligne américain The Daily Galaxy. Au cœur de leurs travaux, publiés dans la revue Nature, une question qui intrigue les paléontologues depuis des décennies : comment des créatures ailées de près de 70 centimètres d’envergure ont-elles pu un jour dominer les cieux de la Terre ?
Quand des « libellules » de 70 centimètres traversaient les marécages
Il y a environ 300 millions d’années, durant le Carbonifère, notre planète présentait un visage méconnaissable. De vastes zones humides et des forêts denses s’étendaient là où se trouvent aujourd’hui continents et bassins houillers. Dans ce décor vivaient des insectes géants, dont le plus emblématique est Meganeura monyi.
Meganeura ressemblait à une libellule colossale, sans en être vraiment une : elle appartenait à un groupe disparu, les Meganisoptères, parfois surnommés « griffinflies » dans la littérature scientifique anglophone. Cette prédatrice aérienne survolait les marécages, ailes étendues sur près de 70 centimètres, ce qui en fait l’un des plus grands insectes volants jamais identifiés dans les archives fossiles.
Aujourd’hui, même les plus grandes libellules atteignent des tailles bien plus modestes. Cette différence nette entre les insectes modernes et ces géants du passé a très tôt été mise en relation avec l’atmosphère de l’époque.
Au Carbonifère, la teneur en oxygène de l’air dépassait 30 % contre environ 21 % actuellement, un changement majeur pour la respiration des organismes terrestres.
Ces concentrations élevées seraient liées à l’essor des grandes forêts de l’époque, qui produisaient d’énormes quantités de matière organique. Une partie de ce carbone se retrouvait enfouie dans les sols et les sédiments au lieu de repartir dans l’atmosphère, ce qui aurait modifié durablement la composition de l’air.
Une hypothèse séduisante : « plus d’oxygène, des insectes plus grands »
Depuis des années, une idée simple domine : un air plus riche en oxygène aurait permis aux insectes d’outrepasser les limites de leur système respiratoire particulier. À la différence des mammifères, les insectes ne disposent pas de poumons. Ils respirent grâce à des orifices le long de leur corps, reliés à un réseau de tubes – la trachée – qui amènent directement l’oxygène aux tissus.
Ce mode de respiration fonctionne très bien pour de petites tailles, mais devient théoriquement beaucoup plus difficile à maintenir à grande échelle. Plus l’insecte grossit, plus il doit acheminer de dioxygène en profondeur dans son corps, au risque d’atteindre rapidement un plafond physiologique.
C’est là qu’intervenait l’argument de l’oxygène : dans une atmosphère particulièrement riche, même un système respiratoire peu évolutif pourrait, en théorie, alimenter des corps plus imposants. Des travaux de l’université de Californie à Santa Cruz avaient ainsi mis en évidence une coïncidence entre épisodes de teneurs élevées en O₂ et apparition d’insectes géants, tout en reconnaissant que les fossiles ne suffisent pas à établir un lien strict de cause à effet.
Une nouvelle étude met à mal le rôle central de l’oxygène
Publié en 2026 dans Nature, le travail dirigé par Edward Snelling, de l’université de Pretoria, s’attaque à l’un des piliers de cette hypothèse. Son équipe s’est penchée sur les trachéoles, ces minuscules branchements terminaux de la trachée qui livrent l’oxygène au cœur des muscles, notamment ceux nécessaires au vol.
Les chercheurs ont analysé 1 320 micrographies issues de 44 espèces d’insectes, réparties dans dix ordres différents. En comparant ces clichés, ils ont mesuré la proportion du volume occupé par les trachéoles au sein des muscles de vol.
Pour des insectes dont la masse corporelle varie d’un facteur 10 000, la place consacrée aux trachéoles dans les muscles de vol n’augmente qu’environ 1,8 fois, restant autour de 1 % ou moins du tissu musculaire.
Pour Edward Snelling, cité par The Daily Galaxy, si l’oxygène atmosphérique imposait réellement une limite stricte à la taille maximale des insectes, on devrait observer une adaptation nettement plus marquée du réseau de trachéoles chez les grandes espèces. Or, les ajustements mis en évidence existent, mais restent minimes à l’échelle de l’ensemble du corps.
Autrement dit, la capacité des insectes à faire circuler l’oxygène vers leurs muscles de vol ne semble pas changée au point de justifier, à elle seule, l’existence de géants comme Meganeura. L’hypothèse d’un « plafond » de taille dicté uniquement par la richesse en oxygène perd ainsi de sa force.
Un puzzle à plusieurs pièces pour expliquer ces géants
Les chercheurs se tournent désormais vers d’autres pistes pour comprendre l’essor et la disparition de ces colosses ailés. La structure de l’exosquelette, la mécanique du vol, les conditions météorologiques et la dynamique des écosystèmes figurent parmi les facteurs examinés.
Certains travaux s’intéressent aussi au cycle de vie de ces insectes. Le biologiste Wilco Verberk, cité par le média américain National Geographic, avance que les stades juveniles, notamment larvaires, pourraient détenir une partie de la clé. Beaucoup d’insectes ont des larves aquatiques, potentiellement sensibles à des variations d’oxygène différentes de celles de l’air.
Un regard centré sur les larves pourrait mieux expliquer pourquoi ces animaux ont émergé, puis pourquoi ils ont fini par disparaître des écosystèmes.
Un autre élément entre en scène plus tard dans l’histoire de la Terre : l’apparition des oiseaux. L’étude des fossiles montre que les insectes ont globalement réduit leur taille après l’évolution des premiers oiseaux, alors même que le niveau d’oxygène atmosphérique restait relativement élevé.
La présence de nouveaux prédateurs aériens aurait pu favoriser les insectes plus petits, capables de manœuvres plus rapides et d’un vol plus agile. Dans un ciel soudain plus dangereux, la gigantisme n’était plus forcément un avantage.
Ce que révèle Meganeura sur l’évolution
Meganeura incarne ainsi une combinaison de facteurs favorables : une atmosphère différente, des écosystèmes dominés par les marécages et l’absence de certains concurrents ou prédateurs qui apparaîtront plus tard. L’oxygène a probablement contribué au contexte général, sans être l’unique moteur du phénomène.
- Une atmosphère plus riche en oxygène a facilité la respiration, sans tout expliquer.
- Le type d’habitat (forêts, zones humides) a fourni des proies abondantes.
- L’absence d’oiseaux et de chauves-souris a limité la pression de prédation aérienne.
- La morphologie de l’exosquelette a rendu possible le maintien d’ailes très larges.
Pour les paléontologues, ces données rappellent qu’aucun trait biologique ne s’explique par un seul paramètre. L’évolution des tailles, qu’il s’agisse de géants ou de nains, répond à une multitude de contraintes et d’avantages qui se combinent dans le temps.
Comment fonctionnent les trachées des insectes ?
Pour un lecteur français, la notion de trachéoles peut rester abstraite. Chez un insecte, l’air pénètre par de petites ouvertures sur les côtés du thorax et de l’abdomen, appelées stigmates. Ces ouvertures mènent à un réseau de canaux creux, les trachées, qui se ramifient en tubes de plus en plus fins jusqu’aux trachéoles, en contact intime avec les cellules des tissus.
Contrairement aux humains, qui transportent l’oxygène par le sang grâce à l’hémoglobine, la plupart des insectes le font diffuser directement par ces tubes. Ce système présente des avantages : il alimente très rapidement les muscles de vol, particulièrement gourmands en énergie. Mais il impose aussi des limites, car il devient de plus en plus complexe à étendre à mesure que la taille augmente.
| Caractéristique | Insectes | Mammifères (dont humains) |
|---|---|---|
| Organe principal | Réseau de trachées et trachéoles | Poumons |
| Transport de l’oxygène | Diffusion directe par les tubes | Par le sang via l’hémoglobine |
| Limitation de taille | Liée à la capacité de diffusion dans les tissus | Moins contraignante grâce à la circulation sanguine |
Les travaux publiés dans Nature montrent justement que les trachéoles ne « mangent » pas une part beaucoup plus importante de la place à l’intérieur des muscles des grands insectes. Ce constat alimente l’idée que d’autres contraintes, mécaniques ou écologiques, ont probablement joué un rôle majeur dans la limite supérieure de taille.
Ce que ces résultats apportent à la recherche en France
En France, les laboratoires de biologie évolutive, d’entomologie et de paléontologie s’intéressent aussi aux interactions entre climat, composition de l’atmosphère et évolution des organismes. Les conclusions de l’équipe d’Edward Snelling alimentent ces recherches en montrant que les liens entre oxygène et taille des insectes ne sont pas aussi directs qu’on l’a longtemps pensé.
Les spécialistes français de la respiration des insectes, qu’ils travaillent sur les pollinisateurs, les ravageurs agricoles ou les espèces invasives, peuvent s’appuyer sur ces données pour affiner leurs modèles. Comprendre comment un insecte adapte (ou non) son réseau de trachées à sa taille aide, par exemple, à anticiper la façon dont certaines espèces pourraient réagir à des environnements urbains ou à des épisodes climatiques extrêmes.
Pour les musées et collections paléontologiques, comme ceux du Muséum national d’histoire naturelle à Paris, ce type d’étude offre un cadre théorique plus solide pour interpréter les fossiles géants exposés au public. Les pièces spectaculaires que sont les empreintes d’ailes de Meganeura ne racontent pas seulement une curiosité : elles illustrent la complexité des liens entre atmosphère, anatomie et compétition entre espèces à l’échelle des temps géologiques.
Un sujet qui touche aussi à l’avenir du climat
Enfin, ces recherches sur le passé de l’oxygène terrestre intéressent indirectement la compréhension du climat actuel. Au Carbonifère, l’enfouissement massif de carbone dans les sédiments a contribué à modifier la composition de l’atmosphère pendant des millions d’années. Les scientifiques y trouvent un point de comparaison pour réfléchir aux changements rapides que l’activité humaine impose aujourd’hui à l’air que nous respirons.
Si la taille des insectes ne dépend pas uniquement de la teneur en oxygène, ces travaux rappellent surtout que la vie réagit de manière complexe aux variations de l’atmosphère. Un message que les chercheurs, en France comme ailleurs, prennent en compte lorsqu’ils étudient l’impact des changements environnementaux sur la biodiversité actuelle.
