Une étude des fourmis fournit des informations sur l'évolution des insectes sociaux

Anonim

L'une des grandes énigmes de la biologie évolutionniste est ce qui a amené certaines créatures vivantes à abandonner leur existence solitaire pour vivre dans des sociétés collaboratives, comme dans le cas des fourmis et autres insectes sociaux formant des colonies. Une caractéristique majeure des espèces dites «sociales» est la division du travail entre les reines qui pondent et les ouvrières qui s'occupent du couvain et accomplissent d'autres tâches. Mais qu'est-ce qui détermine qu'une reine doit pondre et que les travailleurs ne doivent pas reproduire? Et comment cette distinction est-elle apparue au cours de l'évolution? Le Dr Romain Libbrecht, biologiste évolutionniste, a examiné ces problèmes ces dernières années et, en coopération avec des chercheurs de l’Université Rockefeller de New York, a trouvé une réponse totalement inattendue: un seul gène appelé peptide insulinique 2, probablement activé par une meilleure nutrition, stimule les ovaires et déclenche la reproduction.

"Il peut sembler presque inconcevable qu'un seul gène puisse faire toute la différence", a souligné M. Libbrecht. Les chercheurs ont tiré leurs conclusions d'une comparaison de 5 581 gènes chez sept espèces de fourmis dans quatre sous-familles différentes, qui se distinguent par de nombreuses caractéristiques. Mais dans une chose ils sont tous pareils: il y a toujours une plus grande expression de l'ILP2 dans le cerveau des insectes reproducteurs. Les reines ont donc des niveaux plus élevés que les travailleurs. Une autre découverte indique que ce peptide se trouve uniquement dans le cerveau, où il est produit dans un petit groupe de seulement 12 à 15 cellules.

Division de la reproduction et du soin des couvées comme base de la formation de colonies sociales

On postule que les origines du comportement social chez les insectes se trouvent chez des ancêtres ressemblant à des guêpes, qui alternent entre les phases de reproduction et de soins des couvées. Une guêpe femelle pondrait un œuf et s'occuperait de la larve jusqu'à sa nymphose. Cependant, ces deux phases ont été séparées et leurs devoirs associés ont été assignés à différents individus, à savoir les reines et les travailleurs, au cours de l'évolution de la socialité.

Libbrecht et ses collègues à New York ont ​​étudié l’espèce de fourmis Ooceraea biroi pour déterminer les mécanismes moléculaires à la base de cette division du travail. O. biroi est une petite espèce de 2 à 3 millimètres de long originaire d’Asie mais qui s’est répandue dans les tropiques. Les insectes vivent dans des passages souterrains, attaquent les nids d'autres espèces de fourmis et se nourrissent de leur couvain. L’aspect inhabituel de l’espèce O. biroi est qu’il n’ya pas de reines, seulement des travailleuses. Cependant, chaque travailleuse peut se reproduire par parthénogenèse. Cela signifie qu'une femelle produit une autre femelle identique: les insectes clonent eux-mêmes. Et ils suivent toujours un cycle spécifique: toutes les travailleuses pondent des œufs pendant une période de 18 jours, après quoi elles passent 16 jours à cueillir de la nourriture et à nourrir les larves. Le cycle recommence alors.

Ce comportement cyclique est comparable à celui des ancêtres solitaires ressemblant à une guêpe et contrôlé par la présence de larves. Lorsque les premières larves éclosent à la fin de la phase de reproduction, leur présence supprime l'activité ovarienne et déclenche un comportement de soins de couvain. Lorsque les larves commencent la nymphose à la fin de la phase de soins des couvées, l'activité ovarienne augmente et la recherche de nourriture diminue. "Nous avons rompu ce cycle", a expliqué Libbrecht. Les chercheurs ont synthétisé le peptide ILP2 et l’ont injecté dans les fourmis. Cela a amené les fourmis à pondre des œufs en présence de larves.

Libbrecht a utilisé une approche de substitution des couvées pour déterminer ce qui se produit lorsque les larves sont introduites dans la colonie pendant la phase de reproduction et, inversement, lorsqu'elles sont retirées pendant la phase de soins. "Ce que nous voyons, c'est que l'expression des gènes dans le cerveau change dans les deux phases et que les fourmis modifient leur comportement et leur physiologie en conséquence. Cette réaction se produit cependant plus rapidement si les fourmis pondeuses sont confrontées à des larves." Les insectes cessent alors de pondre et commencent à prendre soin du couvain. "Cela a du sens. Après tout, il est important que la survie commence rapidement à nourrir les larves", a-t-il ajouté. Cette expérience a également révélé que l'expression de l'ILP2 dans le cerveau a changé rapidement et de manière significative en réponse au changement des conditions sociales.

De l'asymétrie en nutrition à l'asymétrie en reproduction

Les chercheurs ont également examiné la pertinence de la nutrition, qui est connue pour son importance dans la différenciation entre les reines et les travailleurs. Une grande quantité ou une bonne qualité de protéines nutritionnelles favorise le développement de larves femelles dans les reines. Dans les colonies de l'espèce O. biroi, une petite proportion des fourmis sont appelées intercastes. Ces insectes sont légèrement plus gros, ont des yeux et sont plus reproducteurs. Pour cette raison, ils peuvent être comparés dans une certaine mesure avec les reines normales. La probabilité qu'une larve devienne un intercaste augmente si elle reçoit une meilleure nourriture. L'imagerie par fluorescence montre que ces intercastes ont plus d'ILP2 dans leur cerveau que les travailleurs normaux.

"Il se peut que quelque chose de comparable se soit produit dans le cas des ancêtres des insectes eusociaux", a suggéré le Dr Romain Libbrecht. "Peut-être une asymétrie mineure en ce qui concerne la nutrition des larves a-t-elle conduit à une asymétrie du comportement reproducteur des adultes se développant à partir de ces larves." L'hypothèse selon laquelle la division en reines et en ouvriers aurait pu commencer avec une seule différence est étayée par des expériences menées sur sept espèces de fourmis différentes.

Des recherches supplémentaires doivent être entreprises pour déterminer si les résultats s'appliquent également à d'autres insectes sociaux et comment les colonies de fourmis en tant que superorganismes contrôlent l'offre globale de nutrition.

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