Les Meganisoptera, méganisoptères en français, constituent un ordreéteint d'insectes ayant vécu à la fin du Paléozoïque, du (Carbonifère supérieur à la fin du Permien), soit il y a environ entre 320 et 252 Ma (millions d'années) ; certains étaient de grande taille, avec une envergure atteignant jusqu'à 71 centimètres.
L'ordre était autrefois nommé Protodonata, en référence à leur apparence similaire et en relation supposée avec les odonates (demoiselles et libellules). Bien que la plupart des méganisoptères ne soient que légèrement plus grands que les odonates modernes, c'est parmi eux que l'on trouve les plus grandes espèces d'insectes ayant vécu, Meganeura monyi du Carbonifère supérieur et Meganeuropsis permiana du Permien inférieur. C'est pourquoi les méganisoptères sont communément appelés « libellules géantes », bien qu’ils ne soient pas des libellules au sens strict[1].
Par rapport aux odonates, les nervures des ailes antérieures et postérieures sont similaires (trait primitif) sauf vers l'arrière de la zone de l'aile postérieure. Les ailes antérieures sont généralement plus mince et légèrement plus longue que l'aile postérieure. Contrairement aux Odonates, ils n'ont pas de pterostigma, et des motifs aux nervures des ailes plus simples.
La plupart des spécimens de méganisoptères sont principalement connus grâce à des fossiles de fragments d'ailes, peu grâce à des ailes complètes, et encore moins (famille des Meganeuridae) grâce à des corps complets. Ils sont composés d'une tête globuleuse montrant de grandes mandibules dentées, des pattes munies de poils, un grand thorax, et un abdomen long et mince. Ils étaient, comme les libellules actuelles, très probablement des prédateurs.
Quelques nymphes sont également répertoriées. Elles sont composées de pièces buccales similaires à celles des nymphes de libellules modernes, ce qui suggère qu'ils étaient également des prédateurs aquatiques actifs[3].
Bien que parfois inclus dans les « libellules », les Meganisoptera manquent de certains signes distinctifs au niveau de l'aile, qui caractérisent les odonates. Grimaldi et Engel, soulignent que le terme populaire « libellule géante » est donc impropre.
Taille
Maquette de Meganisoptera, avec les erreurs habituelles : tête et coloris de libellule moderne, ptérostigma sur les ailes antérieures.
La taille importante de ces insectes posa la question de leur physiologie. Dépourvus de poumons, les insectes absorbent l'oxygène par l'intermédiaire d'un réseau ouvert de stigmates, de trachées et de trachéoles, en effectuant des contractions musculaires, comprenant « des cycles rapides de compression et d'expansion »[4]. Ce système d'absorption crée de nos jours une limite supérieure à la taille générale du corps, or les insectes préhistoriques ont dépassé cette limite. Il a été proposé en 1911 par Harlé que l'atmosphère de l'époque contenait probablement plus d'oxygène que les 20% actuels. Cette théorie fut rejetée par la communauté scientifique de l'époque, mais a récemment retrouvé du crédit à la suite d'une étude plus approfondie de la relation entre le gigantisme et la disponibilité en oxygène[5]. Si cette théorie est correcte, les insectes géants, confrontés à la baisse des niveaux d'oxygène, ont soit disparu, soit diminué leur taille. Les théories du gigantisme des insectes comportent cependant une incohérence : de grandes espèces d'une envergure de 45 centimètres ont également vécu au Permien supérieur (sites du bassin de Lodève, en France), alors que la teneur en oxygène de l'atmosphère était déjà beaucoup plus faible qu'au Carbonifère ou au Permien inférieur[6].
Des recherches récentes à propos de l'énergie du vol des insectes et des oiseaux modernes suggèrent que ce n'est pas seulement la quantité d'oxygène mais aussi la densité de l'air qui pourraient limiter la taille des espèces[7]. G. Bechly suggéra en 2004 que l’absence de vertébrés aériens prédateurs permit aussi aux insectes ptérygotes d’atteindre de grandes tailles pendant les périodes carbonifère et permienne, et qu'une « course au gigantisme » évolutive a pu avoir lieu entre les Palaeodictyoptera à régime alimentaire végétarien, et leurs prédateurs du genreMeganeura[8].
↑(en) The Biology of Dragonflies, CUP Archive (lire en ligne), p. 324
« No Dragonfly at present existing can compare with the immense Meganeura monyi of the Upper Carboniferous, whose expanse of wing was somewhere about twenty-seven inches. »
↑(en) Hoell, H.V., Doyen, J.T. & Purcell, A.H., Introduction to Insect Biology and Diversity, 2nd ed., Oxford/New York, Oxford University Press, , 680 p. (ISBN0-19-510033-6), p. 321
↑(en) Westneat MW, Betz O, Blob RW, Fezzaa K, Cooper WJ, Lee WK, « Tracheal respiration in insects visualized with synchrotron x-ray imaging », Science, vol. 299, no 5606, , p. 558–560 (PMID12543973, DOI10.1126/science.1078008) :
« Insects are known to exchange respiratory gases in their system of tracheal tubes by using either diffusion or changes in internal pressure that are produced through body motion or hemolymph circulation. However, the inability to see inside living insects has limited our understanding of their respiration mechanisms. We used a synchrotron beam to obtain x-ray videos of living, breathing insects. Beetles, crickets, and ants exhibited rapid cycles of tracheal compression and expansion in the head and thorax. Body movements and hemolymph circulation cannot account for these cycles; therefore, our observations demonstrate a previously unknown mechanism of respiration in insects analogous to the inflation and deflation of vertebrate lungs. »
↑(en) Gauthier Chapelle et Lloyd S. Peck, « Polar gigantism dictated by oxygen availability », Nature, vol. 399, no 6732, , p. 114–115 (DOI10.1038/20099, lire en ligne) :
« Oxygen supply may also have led to insect gigantism in the Carboniferous period, because atmospheric oxygen was 30-35% (ref. 7). The demise of these insects when oxygen content fell indicates that large species may be susceptible to such change. Giant amphipods may therefore be among the first species to disappear if global temperatures are increased or global oxygen levels decline. Being close to the critical MPS limit may be seen as a specialization that makes giant species more prone to extinction over geological time. »
↑(en) Nel A.N., Fleck G., Garrouste R. and Gand, G. (2008): The Odonatoptera of the Late Permian Lodève Basin (Insecta). Journal of Iberian Geology 34(1): 115-122 PDF
↑(en) Robert Dudley, « Atmospheric oxygen, giant Paleozoic insects and the evolution of aerial locomotion performance », (en) The Journal of Experimental Biology, vol. 201, no Pt8, , p. 1043–1050 (PMID9510518) :
« Uniformitarian approaches to the evolution of terrestrial locomotor physiology and animal flight performance have generally presupposed the constancy of atmospheric composition. Recent geophysical data as well as theoretical models suggest that, to the contrary, both oxygen and carbon dioxide concentrations have changed dramatically during defining periods of metazoan evolution. Hyperoxia in the late Paleozoic atmosphere may have physiologically enhanced the initial evolution of tetrapod locomotor energetics; a concurrently hyperdense atmosphere would have augmented aerodynamic force production in early flying insects. Multiple historical origins of vertebrate flight also correlate temporally with geological periods of increased oxygen concentration and atmospheric density. Arthropod as well as amphibian gigantism appear to have been facilitated by a hyperoxic Carboniferous atmosphere and were subsequently eliminated by a late Permian transition to hypoxia. For extant organisms, the transient, chronic and ontogenetic effects of exposure to hyperoxic gas mixtures are poorly understood relative to contemporary understanding of the physiology of oxygen deprivation. Experimentally, the biomechanical and physiological effects of hyperoxia on animal flight performance can be decoupled through the use of gas mixtures that vary in density and oxygen concentration. Such manipulations permit both paleophysiological simulation of ancestral locomotor performance and an analysis of maximal flight capacity in extant forms. »
↑(en) G. Bechly, (2004): Evolution and systematics. pp. 7-16 in: Hutchins M., Evans A.V., Garrison R.W. and Schlager N. (eds): Grzimek's Animal Life Encyclopedia. 2nd Edition. Volume 3, Insects. 472 pp. Gale Group, Farmington Hills, MI PDF
(en) Tasch, Paul, 1973, 1980 Paleobiology of the Invertebrates, John Wiley and Sons, p. 617
(en) André Nel, Günther Fleck, Romain Garrouste, Georges Gand, Jean Lapeyrie, Seth M Bybee, and Jakub Prokop (2009): Revision of Permo-Carboniferous griffenflies (Insecta: Odonatoptera: Meganisoptera) based upon new species and redescription of selected poorly known taxa from Eurasia. Palaeontographica Abteilung A, 289(4-6): 89–121.
