ÉTUDES SUR LES AILES DES HYMÉNOPTÈRES
V. - LES PROCESSUS TOPOLOGIQUES DE TRANSFORMATION DE L’AILE.
SITUATION DE L’AILE DE L’ABEILLE DOMESTIQUE
!A.
MELLIFICAL.)
PARMI LES HYMÉNOPTÈRES
Zum Studium der Hymenopterenflügel
V. - Die topologischen Abläufe der Flügelveränderungen.
Die Stellung des Flügels von Apis mellifica L.
unter
den Hymenopterenflügeln
J. LOUIS
Laboratoire de
Génétique
évolutive et de Biométrie,Centre national de la recherche
scientifique
Groupe des Laboratoires de Gif-sur-Yvette(France)
SUMMARY
STUDY OF THE WINGS OF HYMENOPTERA
V. - THE TOPOLOGICAL PROCESSES OF THE WING TRANSFORMATION.
POSITION OF THE DOMESTIC HONEY BEE
!APIS
MELLIFICAL.)
AMONG HYMENOPTERA.
The authors who studied in past the origin of the wings of Hymenoptera considered that from the point of view of
phylogeny,
the Megaloptera(Sialis, Raphidia)
are the closest. Star-ting from the wing of Sialis, the evolution topology study of the wing of Hymenoptera shows how domestic
honey
bee insertsprogressively
in thegeneral
sheme ofHymenoptera
wing.RÉSUMÉ
Les auteurs qui se sont préoccupés dans le passé de
l’origine
de l’aile chez lesHyménop-
tères ont considéré que, du
point
de vue de laPhylogénie,
ce sont lesMégaloptères (Sialis, Raphidia) qui
leur sont leplus
fortementapparentés.
A partir de Sialis, l’étude de la topo-logie
évolutive de l’aile montre comment celle de l’Abeilledomestique
vient s’insérer progres- sivement dans le schémagénéral
de l’aile des Hyménoptères.INTRODUCTION
Nous avons
établi,
lors deprécédents
travaux, que lesmultiples aspects
que l’onpeut
observer dans la distribution des nervures ne sont que les diverses solutions d’un mêmeproblème.
Parailleurs,
nous avons pu montrer comment, au-delà de cetteapparente variation,
il estpossible
de faireapparaître
desconstantes au-delà de
l’organisation apparemment quelconque
des modes de soutien de la membrane. Nous savonségalement
parquels
moyens et dansquelles limites,
lamécanique
alaire semble s’accommoder de l’inévitable variationindividuelle,
mais nousignorons
encore les véritables élémentsqui permettent
de différencier une aileprimitive
d’une autreprétendue
évoluée.Or,
dans l’étude del’Évolution
de l’aile nedisposant
d’aucunpoint
derepère fixe,
toute observation nepeut
être que relative.Avant de proposer une
réponse,
il y a lieud’envisager plusieurs problèmes
et, en
premier lieu,
en accord avec lesorigines présumées
desHyménoptères,
il convient de définir ce que
peut
être letype
alaireprimitif;
pour cela nousprendrons
un nombre limité depoints
derepères
choisisparmi
lestypes
alaires lesplus caractéristiques.
C’est seulementaprès
avoirproposé
un schémagénéral
d’évolution de l’aile des
Hyménoptères
que nous tenterons de situer celle de l’Abeilledomestique
dans l’ensemblequ’ils
constituent.L’accord
ayant
pu être réalisé entre lesspécialistes
pour reconnaître que leshomologies
entre la nervation alaire desHyménoptères
et celle desMégalop-
tères sont les
plus évidentes ;
cetteconception
étant par ailleurs bien confirmée par nosobservations,
afin depermettre
ici unecomparaison approfondie
deces deux
types
de structures, le schéma alaire dePamphilius
considéré commeschéma
type d’Hyménoptère primitif
seracomparé
à la silhouette de l’aile de Sialis.A. - MORPHOLOGIE COMPARÉE DE L’AILE DE PAMPHILIUS — SIALIS
(fig.
1) I. -Aspect général
de l’aileSi l’on compare ces deux
types d’ailes
àgrossissement égal (x 50),
on remar-que,
immédiatement, qu’à
taille sensiblementégale
pour le corps, la voilure de Sialis estbeaucoup plus importante
que celle dePamphilius.
Si l’on admet que les formes lesplus
évoluéescompensent
une réduction de la surface alaire par uneaugmentation
depuissance
de lamusculature,
onpeut
penser que celle des Sialis est relativementplus
faible que celle desPamphilius,
au moins pour lesystème antérieur,
car, deplus,
l’ailepostérieure
estbeaucoup
moins déve-loppée
chez celui-ci que chez celui-là. Dupoint
de vuemorphologique
il y alieu de considérer en ce
qui
concerne l’aile antérieure que :1
0
Pamphilius
semble avoirperdu
toute la couronnepériphérique
de l’ailepour ne conserver que la
partie
centrale.2
0
Inversement, l’augmentation
relative de la surface alaire est obtenue chez Sialis par extension et tension de la membrane entre 28 nervures rayon-nantes
prenant appui
sur leslongerons périphériques
de l’airecentrale,
notam-ment dans les
parties
antérieures etapicales
de l’aile. Si l’on s’enrapporte
à l’ailed’Osmylus ( fulvicephalus Scop.),
ces 27 nervures seraient des restes de la réticulation très différenciée des formes trèsprimitives.
Avec l’aile de Sialisnous serions donc
probablement
enprésence
d’unpremier
staded’organisation
d’une structure de
type hyménoptère
limitée exclusivement à l’aire centrale de l’aile. L’aile deRaphidia
notataF.,
bien queprésentant
uneplus grande
différenciation des nervures
périphériques,
est du mêmetype,
de même celled’Osmylus qui
est encoreplus primitive.
L’aile dePanorpa
communis L. est à l’extrême limite de lacomparaison possible,
étant donné ladisparition
rela-tivement
poussée
dusystème
transversal.On remarque
également
que la distributionthéorique
despoints margi-
naux mis en évidence chez
Pamphilius,
lors d’uneprécédente publication,
sembleconfirmée chez Sialis par le
rayonnement
des 27 nervurespériphériques
dontles
points
d’aboutissements sontrépartis
defaçon
moinsrégulière
certes, maiscertaine,
sur lepourtour
de la marge alaire. Parconséquent,
larépartition régu-
lière des
impulsions
musculaires sur la surface alaire serait obtenue pour la formeprimitive (Sialis)
par les nervurespériphériques réelles,
et pour la formePamphilius,
par uneorganisation
virtuelleplus poussée
de la nervation de l’aire centrale. D’unepart, l’équivalence
dans le résultatmécanique obtenu,
d’autre
part,
la similitude des moyensanatomiques
mis en oeuvre semblentconstituer un
premier argument
en faveur de laparenté
des deux formes consi-dérées.
II. - Relevé des
homologies phylogénétiques probables (fig. 1)
Les notations littérales font
apparaître
leshomologies
par unsimple
examen de la
figure.
Il estcependant
nécessaire depréciser
certainsaspects
particuliers.
Sur cettefigure
on voudra bien noterqu’à
la nervure XS chezPamphilius correspond
la notationXI S I
chez Sialis. Il en est ainsi pour toutes les nervuresprésumées
comme étantphylogénétiquement homologues.
1. Le
système longitudinal
àl’exception
des nervuresvannales,
en sur-nombre chez
Sialis,
est constitué très nettement par les mêmes axes(radial, médian,
cubital etvannal)
dans les deux cas.a)
L’axe radial est défini chezPamphilius
par la droitejoignant
lespoints
extrêmes de la cellule radiale comme chez tous les
Hyménoptères.
Chez Sialis la cellule radiale est double(J’, J, F,
etJ, X i Y, FD.
Chez lesHyménoptères
on ne retrouve
guère
cette dualité que chez lesXyleides,
considérés comme lesplus primitifs
desHyménoptères
tenthrédoïdes. Notonsqu’il
y a lieu de ne pasconfondre les cellules radiales ainsi définies avec la
bipartition
de l’une d’elle parJ’J qui
est une transverse dont lapersistance
estfréquente
chez les Ten- thrèdes. Le traitinterrompu représente
laposition
de la seconde cellule radiale(chez
lesXyleides
parexemple).
Laprésence
deJ’J
d’unepart,
et lapersis-
tance de XS et YV d’autre
part, permet
de croirequ’il peut
y avoir fusion deJ, X, F’
avecJ,
F.b)
L’axe de la Médiane ainsi que l’avait admis Comstockprend
son ori-gine
sur la radiale(M -i- R)
chezSialis,
alors que chezPamphilius
cette ori-gine
se situe sur la nervure cubitale(M + Cu).
C’est là un cas trèsgénéral
chez les
Hyménoptères. Toutefois,
en dehors de cetOrdre,
et del’origine
del’aile
jusqu’à
l’axeproximal,
il y a lieu de considérer que les modalités de fusion des troncslongitudinaux,
ainsi que laposition
despoints
H et K sont aléatoires.Au delà du
point K,
àl’exception
de l’absence de NO chezSialis,
leshomologies particulières
auxsegments
de la nervure médiane sont évidentes.c)
L’axe « cubital ». Celui-ciprend
naissance sur la nervure radiale chezPamphilius (H’)
et sur la nervure médiane(H)
chez Sialis. La nervureK, P l présente
chez laplupart
desHyménoptères primitifs (ici
en KZP chezPamphilius
est absente chez lesespèces
évoluées.Toutefois,
même chezApis,
un tronçon très court est encore visible en P. La nervure
P i U l
est absentechez les
Hyménoptères.
d)
L’axe vannal. Apartir
de lapremière
nervurevannale,
les modifica-tions sont
toujours
trèsimportantes
etd’aspects
très variables chez laplupart
des insectes
Ptérygotes.
2. Le
système
traversala)
L’axeproximal
estdéfini :
.’- chez Sialis par
M l Mi’1 H,
ce dernier étant confondu avec lepoint K, (H)K,
enI i prend
naissance une nervure récurrenteéquivalente
à la nervurenon récurrente
prenant
naissance en l’ chezPamphilius ;
- chez
Pamphilius
par M M&dquo;KHI,
HI étant enpartie
évanescent.b)
L’axe médian est constitué par :- chez
Sialis, 0 1 Pi Qi R i ;
- chez
Pamphilius, WN, NO, OP, PQR’ (parallèle
àZZ’R).
On remarque chez Sialis l’absence de
WN,
NO et ZZ’R. Lasuppression
chez
Pamphilius
de ZZ’R ou sa fusionhypothétique
avecPQR
ramèneraitcette
partie
de la nervation de l’aile dePamphilius
autype Sialis
ou autype
hyménoptère
engénéral.
Lepoint Q’
est attesté par l’évanescence de la nervureprenant
naissance enU,,
sonhypothétique déplacement
enQ I
rétablirait letype hyménoptère.
Dans ce cas l’arcQ 1 R 1 apparaît déjà plus
récurrent chezSialis.
c)
L’axe distal n’existepratiquement
pas dans l’une et l’autre forme.Cependant
nous avons pu remarquer antérieurement queJX
converge assez bien en Pt avec M’M et WN chezPamphilius.
Les autres nervures transverses
n’appartenant
pas à l’un de ces trois axeset
pouvant
êtreprésumées homologues
sont :J’J
-J’ ¡J1 ,
- XS —X I S 1’
- YV —Y I V 1 ,
-(V 1
étant presque confonduavec
T l )
et enfin TU etT 1 U 1 .
Les
homologies phylogénétiques,
tant dusystème
transversal que dusystème longitudinal,
sont donc aisément reconnaissables et l’onpeut
donc penser effectivement que la ressemblance entre lestypes
alaires considérés et la formeprimitive
desHyménoptères
relèvedavantage
de laparenté phylo- génétique
que de la convergence.III. - Relevé des
homologies mécaniques apparentes
En ce
qui
concerne la nervure basalequi
définitgénéralement
sur unepartie
de sontrajet
l’axeproximal,
on remarque que M’M estd’origine
radialechez
Pamphilius
alors que c’est la transverseM 1 M / ’¡ qui
de toute évidenceremplit
ce rôle chezSialis,
enpartie
avecJ’,M,.
Chez les formesplus
évoluéesde
type Apis,
parexemple,
il est leplus
souventimpossible
de savoir si M’Mprocède
de laradiale,
de la transverse, voir d’un tronc médio cubital comme lesuggère
la nomenclatureanglo-saxonne qui exprime
cette incertitude parl’expression
secteur de la radiale pour lapremière partie supérieure
de la ner-vure basale. Cette notion
équivaut
à l’idée d’une nervure transversed’origine indéterminée, probablement
radiale(mais peut-être
aussiM 1 M’’¡), présente
chez tous les
Hyménoptères
et semblantprocéder
de la radiale chez les formesprimitives.
L’axe médian constitué par
OPQR
est dans sonorigine anatomique beaucoup plus
constant bien que sa convergence avec les autres axes trans- versaux(proximal
etdistal)
ne soit pastoujours effective; quant
à l’axe distal ilpeut
tirer sonorigine
aussi bien de la radiale en lapartie proximale
de lacellule
correspondante (JX
chezPamphilius),
enpartie
de lamédiane,
d’unetransverse
(XS
chezApis)
ou même dans un cas assezgénéralisé
chez les Tri-gones d’un
pli
de la membrane elle-même(Colletes, Vespides).
En ce
qui
concerne les modalités d’évolutionmécaniques
etphylogéné- tiques,
il devient évident désormais que les deuxconceptions s’opposent,
carl’obtention des arcs et des axes fondamentaux surtout en ce
qui
concerne lesaxes transversaux ne sont pas obtenus de
façon
stable àpartir
des mêmeséléments
de 1 a nervation.B. - MORPHOLOGIE COMPARÉE DE L’AILE, PAMPHILIUS, APIS
(fig. 2)
La
comparaison
entre lestypes morphologiques
extrêmes chez lesHymé-
noptères devient, après
l’étude deshomologies
entrePamphilius
et Sialisbeaucoup plus
aisée. Chez letype primitif
desHyménoptères,
toutes les nervuressont
déjà présentes
et l’évolutiontopologique
de l’aile se limite alors à lasimple
observation des distorsions dans la forme des cellules.
L’examen de la
figure
n° 2 montre que l’essentiel de l’évolution de l’ailed’Apis mellifica porte
sur les nervures transverses et réside dansl’acquisition
d’une forte récurrence pour certaines d’entre elles.
HI fait un
angle
d’environ 40° avecHh.
La même valeurangulaire peut
être relevée entre
PQR
etP,Q,R, (40°).
De même YV fait avecY 1 V 1
unangle
de 26° et
T 1 U 1
avec TU unangle
de 28°. La récurrence de WN parrapport
àW 1 N 1
estégalement plus
forte chezApis,
les deux axes faisant unangle
voi-sin de 40° dans certains cas. L’axe
X,S,
acomplètement changé
d’orientation chezApis
et forme avec XS unangle
de 50°.L’examen de l’aile d’ Urocerus
gigas permet
de penser quePQR
etP,Q,R,
sont bien
homologues
et que c’est ZZ’(ainsi
que HI dans cecas) qui
adisparu.
La récurrence de
P,Q,R,
chezApis
amène lepoint
R en coïncidence avecR i .
L’évolution
générale
de la nervation nerelève,
parailleurs,
que de dis- torsions dans la forme des cellules.C. - MORPHOLOGIE COMPARÉE DE L’AILE, COLLETES, APIS (fig.
3)
Sur lafigure
3 on remarque en cequi
concerne TU etHI,
que la récur-rence
partielle
est obtenue par torsion des nervures chez Colletes. Legrand allongement
de lapremière
cellule W’MNW chez cedernier,
ainsi que celui de MKPONsuggère
que les deux tendances évolutives se sont manifestées à l’intérieur de ce schémaalaire,
l’un detype Vespoïde
et l’autre detype Apoïde.
On
peut
y voirégalement,
comme lepensait déjà
LANHAM(1951)
une conver-gence
qui peut
êtrejustifiée
par le fait que certains mellifères dériveraient de formesprédatrices.
L’aile desColletes, déjà
enpartie
fixée et retardée dansson évolution vers le
type Apoïde
par unchangement
derégime protéinique
relativement
récent, témoignerait
encore par sonimperfection
de cette éven-tuelle modification.
Nous tenterons ultérieurement de mettre en évidence les raisons pour
lesquelles
il seraitplus
aisé pour unApoïde
de devenirprédateur
que pour unVespoïde
de récolteruniquement
dupollen
et du nectar.Par
ailleurs,
lafigure
3exprime
suffisamment clairement les différences existant entre les deux genresopposés d’Hyménoptères
Mellifères(Apis
etColletes)
pour ne pasjustifier
d’autres commentaires.D. - CONCLUSIONS
On voit donc que, comme pour la
plupart
des autres organes, l’évolution de l’aile desHyménoptères
est une sorte de variation presqueinfinie
sur un thèmeunique.
Chez lesHyménoptères primitifs
larépartition
de 5 en 5° des axesdes nervures sur la marge
apicale
de l’aile estdéjà
trèsprécise.
Le caractèred’instabilité dans la stabilité de la
morphologie
alaire desHyménoptères
semble
pouvoir
êtreexploité
à des finstaxométriques
pour lesespèces
où lesindividus ne sont pas soumis à des variations de taille
trop importantes,
comme c’est le cas chez Andrena morio
(Louis
etL EFEBVRE , 1968).
Cetteparticularité peut permettre l’infraspéciation
au moinsjusqu’à
lasous-espèce
par le calcul des coefficients de ressemblance
(D 2
deM AHALANOBIS -R AO , 1952).
Il est apparu, en
effet,
que lesvestiges
des formes fossiles se limitent sou- vent àl’empreinte
d’une aile dans lessédiments,
et que l’estimationnumérique
de la ressemblance de ces
empreintes
avec les formes actuelles ne constituequ’une
extension des méthodesdéjà appliquées
enPaléontologie
et en Anthro-pologie (D EFRIESSE -& USSENHOVEN , 1955 ; RAO, 1952).
Il est démontré que la silhouette de la nervation de l’aile d’un individu donné neprésente
en aucuncas, au niveau du 5 centième de millimètre la même valeur de mesures pour chacun des
segments
des nervures que cellequi peut
être relevée sur un indi- vidu voisin. Delà,
lapossibilité
assezexceptionnelle
dequantifier
la ressem-blance entre divers
groupements
deplus
enplus éloignés.
Il n’est pas exclu que l’aile desHyménoptères
constitue pour l’avenir un élémentbiométrique
d’une valeur discriminante
comparable
à celleprésentée
par l’étude desgéni-
talias en
systématique
traditionnelle.Il est
évident, toutefois, qu’en
cequi
concerne lesproblèmes d’hybridation,
l’aile et les
génitalias
nepeuvent
être situés sur un mêmeplan.
Cependant, particulièrement
en cequi
concerne lesespèces sociales,
l’uti- lisation des caractères alaires à des finsbiométriques
nécessite des mesuresprécises
en trèsgrand
nombre. Parailleurs,
onpeut
penser quel’homogénéité
des
impératifs mécaniques
d’évolution a un effet de stabilisation pour les formes trèsproches
dont les besoins sont semblables. La différenciation de l’aile n’est doncpeut-être
pas aussi libre de se manifester que l’onpourrait
lecroire,
surtout à l’intérieur desespèces,
voire même entreespèces
très voi-sines. Néanmoins les ailes de
Sialis, Pamphilius,
Colletes etApis
attestentd’une
remarquable continuité,
d’unepart
dans l’éliminationprogressive
decertains éléments
phylogénétiques,
d’autrepart
dans le maintien des structuresmécaniques
fondamentales.Reçu pour publication en mars 1971.
Eingegangen im Miirz 1971.
ZUSAMMENFASSUNG
In den vorangegangenen
Veröffentlichungen
wurdedargelegt,
dass diemannigfachen
Erscheinungsformen der Aderverteilung nur die Lösungen eines und desselben Problems sind, nämlich des Nachweises von Konstanten. Das hierangeschnittene
Thema lässt sichfolgendermassen
umschreiben : Was unterscheidet in der Reihe derHymenopterenflügel
einen
primitiven
von einemangeblich
höher entwickelten?Die dem Text beigefügten Abbildungen genügen, um die
Entwicklung
desFlügels
beiden
Hymenopterenflügeln
und darüber hinaus zuverfolgen.
Auf
Abbildung
1 bemerkt man, dass bei weitgehend gleicher Körpergrösse dieFlügel-
anlage
bei Sialis viel grösser ist als bei Pamphilius. Man kann daher annehmen, dass bei letzterem die Motorik weiter entwickelt ist. BeiPamphilius
scheint der äussere, aus 28 strahlen-förmig angeordneten
Adern bestehende Kranz von Sialis verloren gegangen zu sein, und nurdie zentrale Flügelfläche, in der bei eingehender Untersuchung die
Übereinstimmungen
deutlichwerden, scheint erhalten zu sein. Durch einfache
Überprüfung
der Abbildungen lassen sich anhand der Bezeichnungen (Buchstaben) die wahrscheinlichenphylogenetischen
Übereinstim-mungen erkennen
(XS
bei Pamphilius entspricht X, SI bei Sialis). Die schwierigen Punktewerden
besprochen.
Die
Untersuchung
der auffallenden mechanischenÜbereinstimmungen
bestätigt, dassdiese den Modalitäten phylogenetischer Entwicklung entgegenstehen; denn die fundamentalen
Bogen und Achsen, vor allem die Querachsen, werden nicht auf
gleichbleibende
Weise, vondenselben Aderelementen ausgehend, erworben.
Abbildung
2 stellt zwei extreme Typen vonHymenopterenflügeln
dar. Schon in diesem Stadium beschränkt sich das Studium dertopologischen
Entwicklung desFlügels
auf dieeinfache Untersuchung der
Zellenverformung.
Die
Haupterwerbungen
der am höchsten entwickelten Form betreffen dieQueradern
und beruhen auf einem sehr deutlichen Wiederauftreten einiger von ihnen.
Abbildung
3 rechfertigt keine anderenAuslegungen.
Die Entwicklung des Hymenopterenflügels ist nahezu die unendliche Abwandlung eines
und desselben Themas. Die
Gleichartigkeit
der mechanischen Erfordernisse der Entwicklungwirkt sich zweifellos stabilisierend auf verwandte Formen mit ähnlichen Aufgaben aus. Dies
würde in der Entwicklung der Arten den Gebrauch der Flügel begrenzen. Die Differenzierung zeigt sich vielleicht
überhaupt
nicht so offen, wie man glauben könnte. Nichtsdestowenigerbestätigen
die Flügel von Sialis,Pamphilius,
Colletes und Apis - über eine offensichtliche Unbeständigkeit der Strukturen hinaus - eine bemerkenswerte Kontinuität in der fortschrei- tendenEliminierung
phylogenetischer Elemente sowie in der Aufrechterhaltung fundamentaler mechanischer Strukturen, die grösstenteils schon im Flügelschema sehr primitiver Arten vor-handen sind.
RÉFÉRE1VCES BIBLIOGRAPHIQUES
1. Travaux de l’auteur
relatifs
au même sujet1970 a. Études sur les ailes des Hyménoptères. I. Théories
générales.
Apidologie, (2).1970 b. Études sur les ailes des Hyménoptères. II. L’Abeille domestique. Apidologie (3).
1970 c. Études sur les ailes des
Hyménoptères.
III. L’aile des Hyménoptères Mellifères. Api-dologie,
(4).1971. Études sur les ailes des Hyménoptères. IV. L’aile chez les Hyménoptères autres que l’Abeille domestique et les Mellifères.
Apidologie, (1).
2. Travaux cités C
OMSTOCK J. H., 1918. The wings of Insects, Ithaca, N. Y. Comstock Publish. Co., 1-430,
10 Pl., 427 fig.
D EFRIESSE -G
USSENHOVEN E., 1955. Mesure de divergence entre un sujet déterminé et sa popu- lation multivariée normale. Bull. Inst. Roy. Sc.
Belg.,
XXXI(56),
15 p.L ANHAM
V. N., 1951. Review of the wing venation... and
speculation
on thephylogeny
ofthe
Hymenoptera.
Ann. Ent. Soc. Amer., 44, 614-628.Louis J., LEFEBVREJ., 1968. - Étude quantitative de la
divergence
dans l’évolutionmorpho- logique
de certaines entitésinfraspécifiques
d’Abeillesdomestiques.
C. R. Acad. Sci., 266, 1131-1133.MA HALANOBIS
P. C., 1936. On the
generalized
distance in statistics. Proc. Nat. Inst. Sc.,(India),
12, 49.R AO
, C. R., 1952. Advanced Statistical Method on Biometric Research. J.
Wiley
and Sons Inc.Ed. N. Y. et Londres, 390 p.