Fourmis : Des pistes pour comprendre l’évolution des ouvrières et des reines
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Une étude suggère qu’un gène, fonctionnant comme l’insuline chez les humains, a permis aux fourmis d’évoluer vers une caste spécialisée. La modification de la reproduction par ce gène nous a donné les reines et les ouvrières que nous voyons aujourd’hui.
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Les fourmis ouvrières, malgré leur diligence, rencontrent rarement des opportunités de mobilité sociale. Dans de nombreuses espèces, les individus adhèrent à des rôles stricts de caste : les reines pondent des oeufs et les travailleurs prennent en charge presque tout le reste, y compris la progéniture.1
Dans une nouvelle étude, publiée dans Science, les scientifiques de Rockefeller décrivent les mécanismes moléculaires contrôlant cette division du travail. Nous voulions savoir : Qu’est-ce qui fait que les reines pondent des oeufs et que les ouvrières soient stériles selon Daniel Kronauer, professeur agrégé Stanley S. et Sydney R. Shuman. Kronauer et ses collègues rapportent qu’un gène codant pour un peptide analogue à l’insuline, ILP2, joue un rôle déterminant dans la promotion et la suppression de la reproduction, une découverte qui illumine une trajectoire possible pour l’évolution des castes spécialisées.
Un autre type d’injection d’insuline
En travaillant avec Vikram Chandra et Ingrid Fetter-Pruneda, Kronauer a d’abord cherché des différences dans l’expression des gènes entre les fourmis reproductrices et non reproductrices d’une variété d’espèces. Ils ont découvert qu’un seul gène, qui code pour le peptide ILP2, est constamment régulé à la hausse dans les reproducteurs. L’ILP2 est la version fourmi de l’insuline et, comme l’insuline humaine, elle régule probablement le métabolisme. Selon Kronauer, il existe un lien direct entre la reproduction et la prise alimentaire : Si l’état nutritionnel est vraiment faible, alors vous ne pouvez pas vous permettre de produire des enfants.
Ensuite, les chercheurs ont étudié le rôle de l’insuline dans la fourmi raider clonal, Ooceraea biroi. Cette espèce ne possède pas de reines et d’ouvrières distinctes. Toutes les fourmis entrent simultanément dans une phase de reproduction, suivie par une phase de soins de couvain dans laquelle les fourmis nourrissent leurs petits. Les transitions entre les phases sont régulées par la présence de larves : Quand les nouveau-nés sont présents, les fourmis cessent de se reproduire et passent en mode de prise en charge.
Quand le groupe de Kronauer a enlevé les larves pendant la phase de soins du couvain, la production d’insuline chez les adultes a considérablement augmenté ; et quand ils ont introduit des larves pendant la phase de reproduction, la production d’insuline a diminué. Ces résultats indiquent que la présence de larves supprime la production d’insuline ; et sans niveaux suffisants de ce peptide, les fourmis ne peuvent pas se reproduire.
Au cours d’une autre expérience, les chercheurs ont injecté de l’insuline synthétique à des fourmis pendant le traitement des couvées, ce qui a entraîné l’activation des ovaires même lorsque les larves se trouvaient à proximité. Ce résultat suggère que les fourmis avec une insuline accrue peuvent supplanter les signaux larvaires et se reproduire à tout moment.
Dans la phase de soins des couvées, la présence de larves réduit généralement l’insuline chez les adultes, de sorte que leurs ovaires se désactivent et ils s’occupent des larves selon Chandra. Mais si vous injectez de l’insuline expérimentalement, alors vous pouvez briser ce cycle.
Une évolution vers une caste spécialisée
Cette recherche offre des indices sur la façon dont les fourmis ont évolué à partir d’organismes solitaires vers des espèces sociales avec des castes spécialisées. Kronauer propose d’abord que la signalisation par insuline devienne sensible à la présence de larves, entraînant des cycles reproductifs rappelant ceux observés chez O. biroi. Une telle adaptation prend tout son sens, car les fourmis, prenant soin de leur progéniture, doivent donner la priorité à la découverte de nourriture par rapport à la ponte et les deux comportements sont connus pour être régulés par l’insuline.
À la suite de cette étape évolutive selon Kronauer, la question devient : Comment les fourmis sortent-elles de ce cycle ? Il propose que, en raison de la variation individuelle, certaines fourmis aient des taux d’insuline naturellement élevés et que d’autres présentent des niveaux faibles. Notamment, les chercheurs ont observé exactement ce type de variation chez O. biroi. Kronauer postule que les individus à haute teneur en insuline, comme ses fourmis injectées d’insuline, seraient capables de supplanter les signaux larvaires et de se reproduire en continu alors que les individus à faible teneur en insuline seraient très sensibles à la présence de larves et donc plus susceptible de se concentrer.
Une fois que vous avez ce type d’asymétrie dans une colonie et que la colonie se porte bien, alors la sélection va séparer davantage les niveaux d’insuline selon Kronauer. Le résultat final sera deux castes de fourmis, ouvrières et reines.
