ARTHROPODA – ARTHROPODE

Les arthropodes (Arthropoda) — du grec arthron « articulation » et podos « pied », aussi appelés « articulés » — sont un embranchement d'animaux protostomiens dont le plan d'organisation est caractérisé par un corps segmenté formé de métamères hétéronomes munis chacun d'une paire d'appendices articulés et recouvert d'une cuticule ou d'une carapace rigide, qui constitue leur exosquelette, dans la plupart des cas constitué de chitine. Leur mue permet, en changeant périodiquement leur squelette externe, de grandir en taille (mue de croissance) ou d'acquérir de nouveaux organes, voire de changer de forme (mue de métamorphose). Ils seraient apparus il y a 543 millions d'années (543 Ma).

L'embranchement des arthropodes est de très loin celui qui possède le plus d'espèces et le plus d'individus de tout le règne animal (80 % des espèces connues), tels les Myriapodes, crustacés, arachnides, insectes, etc. On compte plus d'un million et demi d'espèces actuelles d'arthropodes qui présentent des modes de vie (guildes écologiques) les plus variés possibles grâce notamment à leur tagmatisation. Les arthropodes forment un groupe cosmopolite qui s'est adapté dans des environnements naturels (déserts, forêts, abysses, montagnes, etc.) ou d’origine anthropique (habitations, puits de pétroles, etc.) et sont parmi les premiers animaux à avoir colonisé la terre ferme.

Les micro-arthropodes sont les plus petits d'entre eux. Bien que discrets, ceux d'entre eux qui sont des décomposeurs jouent un rôle essentiel dans les réseaux trophiques en assurant le recyclage de la nécromasse, notamment dans le sol où avec les champignons décomposeurs, ils contribuent à produire l'humus.

Arthropoda

Arthropodes de différentes classes : un trilobite, un euryptéride, un scorpion, un crustacé, un myriapode et un insecte.

Embranchement

Arthropoda
Latreille, 1829

Sous-embranchements de rang inférieur

• Chelicerata (avec les arachnides)
• clade Mandibulata:
  • Myriapoda ( les mille-pattes)
  • clade Pancrustacea:
    • Crustacea* (les crustacés)
    • Hexapoda (avec les insectes)
• †Trilobitomorpha (les trilobites)

Morphologie

Caractéristiques générales

Les arthropodes ou articulés sont :

• Annelés et métamérisés comme certains vers.
• Ils sont en outre articulés, et pourvus d'appendices articulés.

Les articulations sont rendues nécessaires par la présence de chitine, matière coriace, à la surface de la peau. Les appendices articulés s'adaptent aux plus diverses fonctions.

La cavité générale est réduite à un ensemble de lacunes où circule l'hémolymphe.

Le système nerveux est ganglionnaire.

Au cours du développement se produisent des mues, et très souvent des métamorphoses.

Comparaison de l'anatomie d'une punaise (insecte) et d'une araignée (arachnide).

• Appendices joints (1)
  • Il existe des appendices uniramés (3 épipodites + x? endopodite) et biramés (2 épipodites + 1 exopodite + x? endopodites).
• Corps segmenté (2)
  • Une des caractéristiques des arthropodes est que leurs corps est métamérisé, (ce sont des cœlomates).
• Squelette externe (3)
  • Les arthropodes possèdent un exosquelette, ce sont en effet des cuticulates dont la cuticule est segmentée en 3 types de segments : tergite (face dorsale), pleurite (face latérale où s'insèrent les appendices) et sternite (face ventrale).
• Sensille

Caractères dus à la chitine

La chitine (du grec chiton χιτ?ν signifiant « tunique ») est une substance azotée sécrétée par l'ectoderme. D'abord mince et flexible, elle s'épaissit en une carapace résistante, qui revêt non seulement l'extérieur du corps, mais aussi les parties antérieures et postérieures du tube digestif.

On considère la chitine comme le caractère des arthropodes dominant auquel sont subordonnés les caractères suivants:

• Membranes articulaires. Si une carapace d'une seule pièce est admissible chez les némathelminthes, animaux parasites et peu mobiles, elle est inconciliable avec la mobilité des arthropodes. Aussi est-elle interrompue, à la limite des anneaux successifs, par des membranes articulaires flexibles.
• Appendices articulés. De même, les appendices, sous peine d'être des baguettes rigides et sans fonction, doivent être formés de segments articulés. De là vient le nom des arthropodes (du grec arthron, articulation, et podos, pied).
• Absence de cils vibratiles.
• Muscles spécialisés. Des muscles qui uniraient un point à un autre d'un même segment rigide ne serviraient à rien. Il n'y a donc pas, chez les arthropodes, une couche musculaire continue comme chez les vers, mais des muscles spécialisés et individualisés.
• Mue des arthropodes. L'accroissement du corps est gêné par la carapace. Les arthropodes doivent donc la rejeter de temps en temps. C'est le phénomène des mues. À chaque mue, les tissus comprimés se dilatent, et l'ectoderme secrète une nouvelle chitine. Il en résulte que la croissance est discontinue, au lieu d'être continue comme chez les autres espèces d'animaux.

Appendices

Les appendices se composent typiquement d'une base, ou protopodite, formée de deux segments qui portent chacun deux segments latéraux.

• Sur le segment inférieur s'insèrent une gnathobase masticatrice du côté interne, et un épipodite respiratoire du côté externe.
• Sur le segment supérieur s'insèrent un endopodite sur le côté interne, et un exopodite sur le côté externe.

Ces diverses parties ne restent simples que chez les crustacés inférieurs. Chez tous les autres arthropodes, elles se compliquent et s'adaptent à diverses fonctions. Il en résulte des appendices sensoriels (antennules, antennes), masticateurs (mandibules, maxillule, maxille, certains maxillipèdes (ou pattes-mâchoires), certains pédipalpes), préhenseurs (certains maxillipèdes (ou pattes-mâchoires), certains pédipalpes, pinces), locomoteurs (pattes à partir des 5 premiers paires d'appendices, nageoires à partir des paires 11 jusqu'au paires 16), reproducteurs (organes d'accouplement) à partir de la 11^e paire d'appendice chez le mâle, etc.

Par contre, les ailes ne sont pas des appendices d'un point de vue technique puisqu'elles ne disposent pas de ces deux segments.

Appareil circulatoire

L'appareil circulatoire est un ensemble de lacunes. Il n'y a ni capillaires, ni veines. Les artères sont elles-mêmes réduites. Les vésicules cœlomiques métamérisées ont fusionné avec le blastocœle embryonnaire (par disparition des dissépiments, les parois entre deux segment) pour former l’hémocœle dans lequel circule l'hémolymphe, liquide circulatoire dont le rôle est analogue au sang et au liquide interstitiel chez les vertébrés.

Le cœur, situé dorsalement, est formé d'une ou de plusieurs poches en série linéaire et percées chacune d'une paire d'orifices ou ostioles. À chaque dilatation, le sang est aspiré à travers les ostioles. À chaque contraction, il est chassé dans les artères.

Le sang est incolore ou bleuté (hémocyanine), et contient seulement des globules blancs.

Appareil excréteur

L'appareil excréteur est très variable selon les groupes. Il est formé de quelques glandes qui dérivent peut-être de néphridies.

Système nerveux

Le système nerveux est ganglionnaire et ventral.

Il y a toujours une paire de ganglions cérébroïdes et une paire de ganglions sous-œsophagiens reliés par un collier périphagien. Le reste du système nerveux est en "échelle de corde" ou "corde à nœuds".

Les ganglions de chaque paire sont unis par une commissure. Les paires successives sont unies par des connectifs.

Chez les types supérieurs, les ganglions tendent à fusionner en une ou plusieurs grosses masses.

Yeux

Les yeux sont simples (ocelles) ou composés (yeux à facettes). Un œil composé peut être formé de plusieurs centaines d'ommatidies. Chaque ommatidie comprend:

• Une couche de cellules cornéennes, constituant une cornée transparente (une des facettes de l'œil).
• Une couche de cellules cristallines sécrétant entre elles un cristallin oblong.
• Une couche de cellules rétiniennes sécrétant entre elles des bâtonnets sensibles à la lumière.

Les ommatidies sont séparées les unes des autres par des cellules noires.

Il est probable que les yeux composés donnent à leur possesseur une vue panoramique (large champ visuel), mais très imprécise.

Sens

Les arthropodes se dirigent surtout par le toucher et par l'odorat, qui ont leur siège dans des poils sensoriels. Ceux-ci sont creux et contiennent le prolongement d'un neurone sensitif.

Il peut aussi y avoir des organes auditifs et des organes d'équilibre.

Mimétisme

Pour se protéger, quelques espèces d'arthropodes utilisent le mimétisme, voire le Myrmécomorphisme.

Reproduction

Les sexes sont généralement séparés. Les œufs, assez chargés de vitellus (œufs hétérolécithes), ont une segmentation partielle ou inégale.

À l'occasion des mues se produisent souvent, au cours du développement, des changements brusques de forme, autrement dit des métamorphoses.

Vecteurs

Beaucoup d'arthropodes parasites, piqueurs ou suceurs sont vecteurs de maladies. En matière de responsabilité au regard de l'importance épidémiologique mondiale pour l'homme, les moustiques sont considérés comme le premier groupe de vecteurs, le second groupe étant celui des arthropodes hématophages (ex : acariens : tiques, insectes : puces), qui ont leur pendant chez les végétaux (ex : puceron, punaises).

Nombre d'arthropodes vecteurs de maladies semblent héberger durablement des bactéries intracellulaires, ayant des effets variés sur leurs hôtes et transmises verticalement. Il s'agit d'interactions durables et peut-être parfois, voire souvent de véritables symbioses, certaines bactéries étant bénéfiques voire nécessaires, par exemple pour fournir à leur hôte des acides aminés essentiels, des vitamines ou un rôle fonctionnel vital (on parle alors de symbiote primaire et pour l'exemple cité de symbiose nutritionnelle). Les bactéries utiles à l'hôte, mais facultatives sont dites symbiotes secondaires pour leur hôte ; elles leur apportent par exemple un complément métabolique indispensable chez les espèces vivant sur des milieux pauvres (certains arthropodes hématophages) par exemple. Il est fréquent qu'un arthropode véhicule un symbiote primaire et plusieurs symbiotes secondaires, chez le puceron, le charançon, la mouche tsé-tsé par exemple, ou chez de nombreux aleurodes.

La bactérie symbiote peut fortement modifier le comportement de son hôte (et même le sexe-ratio dans certains cas). Il semble parfois exister une triple symbiose ou au moins une relation triangulaire ; des insectes phytophages étant par exemple vecteurs de virus qui infectent plus facilement leur plante hôte en présence de la bactérie symbiotique. Du point de vue épidémiologique global et des interactions « hôte-parasite », les arthropodes piqueurs-suceurs pourraient jouer un rôle important pour l'immunité de leurs hôtes et/ou de leurs populations, permettant une coévolution moins brutale des espèces avec la plupart de leurs parasites et pathogènes.

Principaux types d'arthropodes

Explosion radiative des arthropodes

Sur la formule générale des vers, dont ils conservent d'ailleurs souvent l'aspect à l'état larvaire, les arthropodes ont superposé plusieurs innovations :

• La segmentation, partagée avec de nombreux autres organismes, qui consiste à allonger le corps en répétant des segments de même anatomie.
• La formation de pattes locomotrices. Des tentacules jouant le rôle de pattes sont présents chez certains vers.
• La transformation de l'épiderme en un squelette rigide, l'exosquelette.

Cette formule gagnante correspond à la forme générale des mille-pattes. Elle a été immédiatement à l'origine d'une nouvelle explosion radiative, qui a exploré différentes formules pour transformer tel ou tel groupe de pattes en mâchoires, antennes, pattes spécialisées, ou les laisser régresser dans la queue. La variable qui semble avoir structuré sa répartition est le nombre de pattes.

Trilobites : une vingtaine de pattes

Les trilobites ont été les rois du monde marin, mais à l'ère paléozoïque. C'est un groupe à présent éteint.

Les trilobites sont bien connus car ils sont l'un des groupes fossiles les plus répandus. Par ailleurs, ils ont donné les fossiles les plus diversifiés : on recense entre neuf et quinze mille espèces. La plupart d'entre elles étaient des animaux marins simples et petits, qui filtraient la vase pour s'alimenter.

Les trilobites variaient en taille, d'un millimètre à plus de soixante-dix centimètres, avec une moyenne entre deux et sept centimètres. Le plus grand trilobite connu, Isotelus rex, mesurait 72 cm de long, et fut retrouvé en 1998 par des scientifiques canadiens sur les rivages de la baie d'Hudson.

Crustacés : cinq à sept paires de pattes

Les zoologistes ont répertorié environ 55 000 espèces de crustacés.

Les plus connus sont les crabes, crevettes, homards et autres langoustes, tous sont des crustacés décapodes (à dix pattes). Le nombre de pattes est cependant très variable parmi les crustacés.

Le plus grand crustacé terrestre est le crabe de cocotier.

Le cloporte est également un crustacé, un isopode.

Chélicérates dont arachnides : quatre paires de pattes

Pendant l'ère paléozoïque, au Cambrien, il y a de cela environ 540 millions d'années, alors que la mer grouillait de trilobites et que les frontières des forêts primitives étaient peuplées de géants rampants (des mille-pattes de 1,50 m), apparurent les premiers arthropodes à pinces du sous-phylum des chélicérates, dont la plupart s'adaptèrent ensuite à la vie terrestre.

C'est à cette époque que l'on rencontre les premiers arachnides possédant des chélicères. Plus tard, dès le Silurien supérieur, nous découvrons des espèces de scorpions et d'araignées fort semblables à ceux et celles que nous pouvons trouver à l'heure actuelle.

On a recensé à ce jour environ 80 000 espèces d'arachnides, dont plus de 1500 espèces de scorpions et 50 000 espèces d'araignées vivant dans tous les biotopes existants, des régions tropicales aux régions polaires. La plupart des arachnides sont cependant terrestres.

Les autres chélicérates sont très marginaux, les plus connus sont la tique et la limule.

Les insectes : trois paires de pattes

Lepisma saccharinum ou poisson d'argent

Les ptérygotes sont les porteurs d'une évolution majeure : les ailes. Elles leur permettent de conquérir les airs, et alliées à la simplification qu'apporte l'animation de seulement six pattes pour se déplacer, ont été à l'origine d'une troisième explosion radiative.

C'est par la superposition de ces trois explosions radiatives (vermiformes, arthropodes, insectes) que les insectes dominent le monde par leur variété : ils représentent aujourd'hui près de 80 % des espèces animales décrites.

Classification

La classification traditionnelle définissait comme arthropodes tous les métazoaires à squelette externe, ou cuticule, à corps en segments articulés-porteurs d'appendices eux-mêmes articulés, et une croissance par mues). Cette classification les distinguait principalement en opposant les Chélicérates (Xiphosures, Arachnides…) aux mandibulates (ou antennates) ; avec parmi ces derniers, 3 classes :

• Crustacés (2 paires d'antennes ; essentiellement aquatiques et à respiration branchiale)
• Insectes (1 paire d'antennes ; Hexapodes, adaptation à la vie terrestre, respiration trachéenne).
• Myriapodes (nombreux segments à appendices)

La classification moderne intègre les progrès apportés par les analyses génétiques et biomoléculaires, qui ont montré que les Insectes (Hexapoda) sont un groupe-frère des Malacostracés, ce qui les réunit à l'ensemble des Crustacés en un gigantesque taxon qu'on a appelé Pancrustacea.

Classification classique

Embranchement Arthropoda

• sous-embranchement Chelicerata — Chélicérates (8 pattes)
  • classe Arachnida Cuvier, 1812 — Arachnides (scorpion, araignée, acariens…)
  • classe Merostomata Woodward, 1866 — (Gigantostracés fossiles, limule)
  • classe Pycnogonida Latreille, 1810 — (Pycnogonides)
• sous-embranchement Crustacea Brünnich, 1772 — crustacés (10 pattes (ordre Decapoda) ou plus)
  • classe Branchiopoda Latreille, 1817 — branchiopodes (Daphnie…)
  • classe Cephalocarida Sanders, 1955
  • classe Ichthyostraca Zrzavý, Hypša & Vlášková, 1997
  • classe Malacostraca Latreille, 1802 — (Homard, vrai crabe, squille, crevette, cloporte…)
  • classe Maxillopoda Dahl, 1956 — (Copépode, Balane, Pousse-pied…)
  • classe Ostracoda Latreille, 1802 — ostracodes
  • classe Remipedia Yager, 1981
• sous-embranchement Hexapoda Blainville, 1816 — hexapodes (6 pattes)
  • classe Entognatha Stummer-Traunfels, 1891 — (collembole, diploure, protoure)
  • classe Insecta Linnaeus, 1758 — insectes (fourmi, abeille, mouche…)
• sous-embranchement Myriapoda Latreille, 1802 — myriapodes (nombreuses pattes)
  • classe Chilopoda Latreille, 1817 — (mille-pattes, scolopendre)
  • classe Diplopoda de Blainville in Gervais, 1844 — (mille-pattes, iule)
  • classe Pauropoda Lubbock, 1868 — (mille-pattes nains)
  • classe Symphyla Ryder, 1880
• sous-embranchement Trilobitomorpha (20 pattes, tous fossiles)
  • classe Trilobita Walch, 1771 — trilobites

Arachnide (Argiope bruennichi)

Limule (Limulus polyphemus)

Pycnogonide (Ascorhynchus compactus)

Branchiopode (Triops longicaudatus)

Ichthyostracé (Argulus coregoni)

Malacostracé (Cancer pagurus)

Maxillopode (Lepas anatifera)

Ostracode

Rémipède (Speleonectes tanumekes)

Entognathe (Acerentomon sp.)

Insecte (Morpho didius)

Chilopode (Lithobius forficatus)

Diplopode (Narceus americanus)

Pauropode

Symphyle

Trilobite

Classification phylogénétique

Avec les vers Nématodes et quelques autres groupes, ils constituent les Ecdysozoaires, clade qui rend obsolète l'ancienne notion d'articulés (en), classification de Georges Cuvier en 1817 qui regroupait les arthropodes et les annélides.

Les arthropodes sont un groupe qui réunit à la fois des taxons vivants et fossiles.
Pour des raisons de difficultés de classification de la plupart de ces espèces fossiles, que certains paléontologues placent parmi les arthropodes et d'autre dans des phylums différents, les Arthropodes actuels sont réunis dans le taxon monophylétique des Euarthropodes, inclus dans le taxon des Arthropodes au sens général, lui-même placé dans le clade plus vaste des Panarthropodes qui réunit aussi les Tardigrades et les Onychophores.

Écologie

Arthropodes terrestres

Les arthropodes sont en grande partie des décomposeurs ou de petits prédateurs dépendant de ces décomposeurs ou d'autres décomposeurs (champignons notamment). Ils jouent un rôle très important dans les forêts. Au moins 79 % des arthropodes terrestres prédateurs consomment des proies relativement grandes en transformant leur cuticule épaisse par digestion extra-orale (exodigestion grâce à l'injection d'enzymes hydrolytiques).

Ils sont vulnérables à certains polluants (pesticides notamment). Ils sont sensibles à l'humidité du sol⁹, vulnérables aux longues inondations et très vulnérables aux sécheresses ; des stress hydriques importants sur les arbres sont associés à une régression de la communauté entière d’arthropodes vivant sous les arbres (ainsi d'ailleurs que de la communauté mycorhizienne)⁷.
Par exemple, sous des pins (Pinus edulis) étudiés dans une zone présentant un gradient dans la gravité d'une sécheresse intense, l'intensité des symptômes en ce qui concerne le retard de croissance et le dépérissement était associée à la gravité du recul des communautés d'arthropodes. Les modèles tirés de l'observation confirment pour différentes espèces fondatrices de la forêt (ici du sud-ouest des États-Unis) que la sévérité des sécheresses correspond à une sévérité des impacts sur les communautés des arbres avec un effondrement de la richesse en espèces et de l'abondance des arthropodes (huit à dix fois moins d'arthropodes dans les lieux qui ont le plus souffert). Remarque :

dans ce cas, l'épaisseur des cernes et l'état du feuillage correspondait à la qualité et quantité des populations d'arthropodes. Les espèces ont répondu différemment au stress de la plante, mais la plupart ont été affectés négativement. Ces résultats laissent craindre que des sécheresses récurrentes affectant les espèces fondatrices d'arbres sont susceptibles de fortement diminuer la diversité multi-trophique et la composition des communautés d'arthropodes, avec de possibles effets en cascade sur d'autres taxons, la qualité et la résilience écologique des sols.