De simple fourmi à fourmi soldat

• Les scientifiques ont percé un mystère dont la clé échappait à CharlesDarwin– la diversité de taille et de proportion chez les fourmis ouvrières.
• Ils ont élucidé le mécanisme qui préside au développement des fourmis soldats et au maintien de l’équilibre entre les castes de fourmis ouvrières.
• Ils ont également décrit le rôle crucial d’un «organe» rudimentaire en apparence sans intérêt qui apparaît de façon transitoire au cours du développement des fourmis soldats.
• Les organes «rudimentaires» éphémères sont en fait des tissus qui se forment pendant le stade embryonnaire du développement d’un organisme. Ce sont les vestiges d’un organe plus développé présent chez un lointain ancêtre.
• La colonie régule la présence de ces organes afin de maintenir constant le rapport entre le nombre de soldats et celui d’ouvrières minor au sein de la société de fourmis.

Des scientifiques de l’Université McGill ont percé un mystère dont la clé échappait à CharlesDarwin. L’incapacité du célèbre naturaliste à résoudre ce mystère l’avait même poussé à remettre en question sa propre théorie de l’évolution. Ayant formulé cette théorie en partant du principe selon lequel la sélection naturelle s’effectue à l’échelle de l’individu, qui lutte pour survivre et se reproduire, il se demandait comment une simple colonie pouvait produire des fourmis ouvrières présentant une telle diversité de taille– qu’il s’agisse des ouvrières minor, qui ont une petite tête et un corps peu volumineux, ou des fourmis soldats, qui se distinguent par leur grosse tête et leurs gigantesques mandibules– particulièrement si, comme les fourmis du genre Pheidole, elles sont stériles. La réponse? Selon un article publié aujourd’hui dans la revue Nature, la colonie génère elle-même des soldats et assure l’équilibre entre le nombre d’ouvrières soldats et minor grâce à un «organe» rudimentaire en apparence sans intérêt qui apparaît de façon transitoire au cours des derniers stades du développement larvaire uniquement chez certaines fourmis: celles qui deviendront des soldats.

«Il s’agit d’une découverte tout à fait inattendue. Des scientifiques avaient remarqué qu’un "organe" rudimentaire en apparence sans intérêt apparaissait soudainement au cours du développement des fourmis soldats, puis disparaissait. Ils avaient alors présumé que ce phénomène survenait sous l’effet des hormones et de l’alimentation, qui permettent aux larves de se transformer en soldats», explique EhabAbouheif, du Département de biologie de l’Université McGill et auteur en chef de l’étude.

RajendhranRajakumar, auteur principal de l’étude, ajoute: «Nous avons découvert que ces “organes” rudimentaires n’apparaissent pas sous l’effet des hormones et de l’alimentation, mais que ce sont eux qui président à la création de soldats. Leur présence transitoire régule la croissance rapide de la tête et du corps des soldats qui, au terme de ce processus, présentent une énorme tête, de gigantesques mandibules et un grand corps.»

Il y est… oups, il n’y est plus!

Le P^rAbouheif étudie les ailes des fourmis depuis 23ans. Il s’intéresse particulièrement au rôle du disque imaginal de l’aile, structure qui apparaît de façon transitoire au cours des derniers stades du développement larvaire chez les fourmis soldats, et ce, même si ces dernières sont en fait dépourvues d’ailes. Pendant neuf ans, le biologiste et son équipe ont étudié cette structure en laboratoire. Ainsi, à l’aide de diverses techniques chirurgicales et moléculaires, ils ont coupé des parties de ces disques rudimentaires chez des larves de fourmis soldats du genre Pheidole, dont les espèces sont très répandues et diversifiées. Les chercheurs ont découvert qu’ils influaient ainsi sur la croissance de la tête et du corps des insectes. Ils ont également découvert qu’ils pouvaient moduler la taille des fourmis soldats en coupant à divers degrés les disques imaginaux des ailes, cette intervention se traduisant par une réduction correspondante de la taille de la tête et du corps des insectes. Les travaux de ces chercheurs montrent pour la première fois le rôle crucial des disques imaginaux de l’aile dans le développement des fourmis soldats.

La mission des fourmis soldats: maintenir l’équilibre au sein de la colonie

Les chercheurs ont en outre découvert que l’ensemble de la colonie maintient l’équilibre entre le nombre de fourmis soldats et d’ouvrières minor en assurant la régulation de la croissance des disques rudimentaires des ailes chez les larves. Des études précédentes avaient démontré que le rapport entre le nombre d’ouvrières minor et de soldats demeure relativement constant dans toutes les colonies de fourmis du genre Pheidole, soit de 90 à 95% de minor et de 5 à 10% de soldats. Les chercheurs de l’Université McGill ont découvert que les fourmis soldats maintenaient ce rapport constant en stoppant la croissance du disque rudimentaire des ailes au moyen d’une phéromone inhibitrice lorsque la colonie comptait trop de soldats. Cette dernière peut toutefois augmenter très rapidement le nombre de fourmis soldats lorsqu’une menace pèse sur elle ou que le nombre de soldats chute pour une raison quelconque, car les disques rudimentaires des ailes n’apparaissent qu’au cours des derniers stades du développement larvaire.

Les organes rudimentaires: plus importants qu’on le croyait?

À la lumière de la découverte réalisée par son équipe chez la fourmi, le P^rAbouheif évoque la possibilité que ces organes rudimentaires puissent jouer un rôle beaucoup plus important qu’on le croyait sur le développement d’un organisme. «On croyait jusqu’ici que ces organes n’avaient plus aucune fonction et qu’ils témoignaient simplement d’un processus évolutif et de l’existence d’ancêtres communs. Maintenant que nous avons mis au jour le rôle crucial des disques rudimentaires de l’aile pour les colonies de fourmis du genre Pheidole, nous devons revenir en arrière et examiner d’autres organes rudimentaires à la lumière de ces nouvelles connaissances. Qui sait ce que nous allons découvrir?»

Cette étude a été financée par des bourses de recherche de l’Institut KonradLorenz, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et une bourse Guggenheim.

L’article «Social regulation of a rudimentary organ generates complex worker caste systems in ants», par RajendhranRajakumar etcoll., a été publié dans la revue Nature http://dx.doi.org/10.1038/s41586-018-0613-1