Des millions de papillons de nuit utilisent les étoiles lors d'un voyage de plus de mille kilomètres pour éviter de se perdre.

À l'approche de l'été dans l'hémisphère sud (en décembre), des milliards de papillons bogong ( Agrotis infusa ) quittent les prairies du sud-est de l'Australie. Fuyant la chaleur, ils s'envolent de diverses régions de l'immense île-continent pendant plusieurs nuits (ils sont nocturnes) vers quelques grottes des Snowy Mountains, à plus de mille kilomètres de là. Après avoir passé l'été en dormance, ils retournent là où ils sont nés pour s'accoupler et mourir. L'extraordinaire de cette double migration réside dans le fait que les papillons ont éclos au printemps même ; ils n'avaient donc jamais fait ce voyage auparavant. Une étude publiée dans Nature , la revue scientifique de référence, montre comment ils utilisent les étoiles pour s'orienter la nuit.

Que les saumons retournent à la rivière où ils sont nés pour se reproduire et meurent après avoir passé toute leur vie adulte en mer. Que les tortues retournent à la plage où elles ont éclos pour pondre leurs œufs. Que les caribous du nord du Canada ou les gnous d'Afrique de l'Est parcourent des milliers de kilomètres lors d'une double migration. Ou qu'un petit oiseau comme la sterne arctique se distingue parmi les oiseaux migrateurs en se reproduisant en Arctique et en hivernant en Antarctique, un double voyage de 20 000 kilomètres, sont des événements qui intriguent les biologistes. Mais il s'agit d'espèces issues des plus hautes branches de l'arbre du vivant. Les invertébrés dotés de capacités de navigation sont peu connus. La fascinante danse en huit des abeilles est basée sur la position du soleil. Les bousiers marchent en ligne droite le long de leur boule de fumier, également guidés par l'orbite solaire. Mais leur mission est de voler pour des trajets de quelques mètres ou de quelques kilomètres. Les papillons monarques sont les seuls insectes connus à utiliser le soleil dans leurs migrations saisonnières entre le Canada et les États-Unis, jusqu'au Mexique.

Les papillons bogong, endémiques d'Australie-Méridionale, ne sont pas des lépidoptères aussi beaux que les monarques, mais ils s'orientent mieux. En 2018, un groupe de chercheurs a découvert qu'ils pouvaient détecter le champ magnétique terrestre . « Nous avons découvert que les papillons bogong sont i) magnétosensibles, ii) leur sens magnétique est en quelque sorte lié aux repères visuels, et iii) cela est important pour maintenir un cap/voler en ligne droite », explique David Dreyer, biologiste à l'Université de Lund, à propos de cette découverte. Aujourd'hui, Dreyer, ainsi que plusieurs scientifiques étudiant l'orientation et la navigation dans le règne animal, ont découvert que la magnétoréception ne suffit pas ; ils utilisent également les étoiles pour leurs déplacements.

« Dans certaines zones de l'hémisphère nord, peu polluées par la lumière, la Voie lactée offre déjà un spectacle spectaculaire . Cependant, par une nuit sans lune dans les Snowy Mountains d'Australie, elle est encore plus brillante que dans l'hémisphère nord », rappelle Dreyer, premier auteur de l'étude publiée dans Nature . « Nous ne savons pas avec certitude quelles caractéristiques du ciel ils utilisent pour naviguer, mais le grand axe de la Voie lactée ou la nébuleuse de la Carène [la partie la plus brillante de cette galaxie spirale barrée] sont des candidats prometteurs pour de futures expériences de suivi », ajoute-t-il. Les bogongs seraient donc guidés par les étoiles, avec leur magnétoréception comme système de secours.

Pour démontrer ces merveilles, les chercheurs ont capturé plusieurs centaines de papillons de nuit, certains au début de leur voyage aller vers les montagnes, d'autres au retour, à la fin de l'été. Et ils les ont piégés. Ils ont créé pour eux un simulateur de vol dans une pièce recouverte de feutre sombre. Tel un planétarium, ils projetaient des images du ciel nocturne devant eux. Pour permettre à un encodeur optique d'enregistrer leur orientation, ce qu'il faisait cinq fois par seconde, ils étaient mobilisés en les attachant à une tige de tungstène, ce qui leur permettait de voler et de s'orienter, mais pas d'avancer. Les chercheurs ont vérifié qu'ils orientaient leur vol en fonction de la position des étoiles. En effet, en faisant pivoter la carte nocturne de 180°, les bogongs corrigeaient leur position. Et lorsqu'on leur présentait une fausse carte, dont la position des étoiles et des constellations était modifiée, les papillons voletaient dans tous les sens, confus, jusqu'à s'immobiliser.

Comme dans l'hémisphère nord, le ciel change entre le printemps et l'automne, avec des variations importantes dans la position relative des étoiles. « Il semble que les papillons de nuit comprennent ces différences à différentes périodes de l'année et peuvent donc migrer dans leur direction migratoire héritée », explique Eric Warrant, professeur de biologie sensorielle à l'Université de Lund et auteur principal de cette recherche, dans un courriel. « On ignore encore comment ils gèrent cette différence d'apparence du ciel », reconnaît-il.

Ils ignorent également comment ils adaptent leur vol au mouvement des étoiles chaque nuit, appelé rotation stellaire, qui dans l'hémisphère sud se fait dans le sens des aiguilles d'une montre, contrairement à l'hémisphère nord. « Il se pourrait que les papillons de nuit soient capables de compenser le mouvement des étoiles tout au long de la nuit, conservant ainsi leur direction migratoire, quelle que soit la position de rotation des étoiles », explique Warrant. Si tel est le cas, ce serait le premier exemple d'animal nocturne capable de le faire. « Nous connaissons des insectes comme le monarque qui peuvent compenser le mouvement du soleil tout au long de la journée, conservant ainsi leur direction héritée vers le sud-ouest, en direction du Mexique, pendant l'automne nord-américain », explique-t-il.

Il se pourrait aussi qu'ils utilisent un système de secours : « Une autre possibilité est que les papillons de nuit s'appuient sur les informations directionnelles constantes fournies par le champ magnétique terrestre et les utilisent pour compenser la rotation du ciel nocturne », rappelle le professeur Warrant. En effet, lors des expériences, ils ont observé que, sous un ciel nuageux, les bogongs restaient correctement orientés pendant un certain temps. Il existe une autre explication tout aussi fascinante : « Une dernière possibilité est que les papillons de nuit soient capables de détecter le centre de rotation des étoiles la nuit et de l'utiliser pour déterminer le sud. » On sait que, dans l'hémisphère nord, les oiseaux migrateurs naviguent en fonction de la position de l'étoile polaire, qui marque le centre de rotation des étoiles. Il se pourrait que les papillons de nuit fassent de même dans le sud (voir image), mais les auteurs reconnaissent que les bogongs naviguent en fonction des étoiles, mais ils n'en connaissent pas le mécanisme précis.

Pour confirmer leur découverte, les auteurs de cette recherche ont enregistré l'activité cérébrale de ces animaux, dotés de quelques centaines de neurones, alors qu'ils observaient le ciel étoilé dans un simulateur de vol. C'est ce qu'explique Andrea Adden, biologiste au Francis Crick Institute (Royaume-Uni), co-auteure de l'étude et responsable du placement de minuscules électrodes sur 28 neurones dans des régions cérébrales des papillons de nuit supposées impliquées dans la navigation : « En faisant pivoter l'image du ciel étoilé au-dessus du papillon, j'ai pu observer un changement dans l'activité de ce neurone ; par exemple, les signaux électriques pouvaient s'accélérer lorsque le papillon était orienté vers le sud par rapport à l'image de la Voie lactée et ralentir lorsqu'il s'éloignait du sud », explique Adden. Pour elle, cela indiquerait que « les neurones traitent le ciel étoilé d'une manière qui guide le papillon dans sa navigation, un peu comme une boussole interne. »

L'idée de la boussole stellaire est également soutenue par Henrik Mouritsen, expert en navigation neurosensorielle animale à l'Université d'Oldenburg (Allemagne). Mouritsen, qui a publié plusieurs articles sur le GPS du saumon, des tortues, du caribou, du gnou et d'oiseaux migrateurs tels que la sterne arctique et le papillon monarque , déclare dans un courriel que « le papillon bogong est le premier invertébré dont on a démontré qu'il utilise le ciel étoilé (plus précisément la Voie lactée) comme véritable boussole pour naviguer de manière constante dans une direction géographique sur de longues périodes. »

Et si ces mêmes chercheurs pouvaient démontrer comment ils adaptent leur navigation aux variations quotidiennes et saisonnières de la rotation des étoiles, nous serions les premiers animaux à le faire. Le problème est que les populations de papillons bogong ont considérablement diminué ces dernières années, se retrouvant sur laListe rouge de l'Union internationale pour la conservation de la nature . Ces travaux ont souligné l'importance de protéger les voies migratoires et de préserver le ciel étoilé de la pollution lumineuse .