Une nymphe de fourmi raider clonale transgénique est entourée de nymphes de type sauvage. Crédit : Taylor Hart
Les fourmis disposent d’un centre de traitement des communications spécialisé qui n’a pas été trouvé chez d’autres insectes sociaux.
Une nouvelle étude révèle que les fourmis communiquent le danger par le biais de phéromones spécifiques qui activent une partie particulière de leur cerveau, déclenchant des réactions complexes telles que l’évacuation du nid et la protection de la progéniture. La réponse varie en fonction de la taille de la colonie, et les recherches futures visent à étudier comment les différents groupes de fourmis traitent les mêmes signaux.
Avez-vous déjà remarqué une fourmi dans votre maison et découvert une semaine plus tard que toute la colonie s’y était installée ? Les pièges que vous avez installés n’attrapent que quelques-unes de ces fourmis, mais bientôt, le reste de la colonie a mystérieusement disparu. Aujourd’hui, une étude publiée dans la revue Cell le 14 juin explore la manière dont certaines phéromones de signalisation du danger – les marqueurs olfactifs que les fourmis émettent pour communiquer entre elles – activent une partie spécifique du cerveau des fourmis et peuvent modifier le comportement d’un nid entier.
« L’homme n’est pas le seul animal à posséder des sociétés et des systèmes de communication complexes », explique l’auteur principal Taylor Hart, de l’université Rockefeller. « Au cours de l’évolution, les fourmis ont développé des systèmes olfactifs extrêmement complexes par rapport à d’autres insectes, ce qui leur permet de communiquer à l’aide de nombreux types de phéromones qui peuvent avoir des significations différentes. »
Cette recherche suggère que les fourmis ont leur propre centre de communication dans leur cerveau, semblable à celui des humains. Ce centre peut interpréter les phéromones d’alarme, ou « signaux de danger », provenant d’autres fourmis. Cette partie de leur cerveau pourrait être plus avancée que celle d’autres insectes tels que les abeilles, dont des travaux antérieurs ont suggéré qu’elles s’appuient plutôt sur de nombreuses parties différentes de leur cerveau pour se coordonner en réponse à une seule phéromone.
« Il semble qu’il y ait un centre sensoriel dans le cerveau de la fourmi que toutes les phéromones d’alarme provoquant la panique alimentent », explique l’auteur correspondant Daniel Kronauer de l’Université Rockefeller.
Les chercheurs ont utilisé une protéine modifiée appelée GCaMP pour analyser l’activité cérébrale de fourmis raiders clonales exposées à des signaux de danger. GCaMP fonctionne en se fixant aux ions calcium, qui s’enflamment avec l’activité cérébrale, et le composé chimique fluorescent qui en résulte peut être vu sur des microscopes à haute résolution adaptés pour les observer.
En effectuant les scanners, les chercheurs ont remarqué que seule une petite partie du cerveau des fourmis s’allumait en réponse aux signaux de danger, mais que les fourmis présentaient tout de même des comportements immédiats et complexes en réponse à ces signaux. Ces comportements ont été baptisés « réaction de panique » car ils impliquaient des actions telles que la fuite, l’évacuation du nid et le transport de leur progéniture du nid vers un endroit plus sûr.
Les espèces de fourmis dont les colonies sont de tailles différentes utilisent également des phéromones différentes pour communiquer divers messages. « Nous pensons qu’à l’état sauvage, les fourmis pillardes clonales ont généralement une colonie de quelques dizaines ou centaines d’individus, ce qui est plutôt petit pour une colonie de fourmis », explique Hart. « Souvent, ces petites colonies ont tendance à adopter des réactions de panique comme comportement d’alarme, car leur principal objectif est de s’enfuir et de survivre. Elles ne peuvent pas risquer un grand nombre d’individus. Les fourmis armées, cousines des fourmis raiders clonales, ont des colonies massives – des centaines de milliers ou des millions d’individus – et peuvent être beaucoup plus agressives. »
Quelle que soit l’espèce, les fourmis d’une colonie se divisent en castes et en rôles, et les fourmis de castes et de rôles différents ont une anatomie légèrement différente. Pour les besoins de cette étude, les chercheurs ont choisi les fourmis raiders clonales comme espèce parce qu’elles sont faciles à contrôler. Ils ont utilisé des fourmis d’un seul sexe au sein d’une même caste et d’un même rôle (fourmis ouvrières femelles) afin d’assurer la cohérence et de faciliter l’observation de schémas généralisés. Lorsque les chercheurs comprendront mieux les différences neuronales entre les castes, les sexes et les rôles, ils seront peut-être mieux à même de comprendre exactement comment les cerveaux des différentes fourmis traitent les mêmes signaux.
« Nous pouvons commencer à examiner comment ces représentations sensorielles sont similaires ou différentes d’une fourmi à l’autre », explique Hart. Pour Kronauer, « nous nous intéressons à la division du travail. Pourquoi des individus génétiquement identiques assument-ils des tâches différentes dans la colonie ? Comment fonctionne cette division du travail ?
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Les premières fourmis transgéniques au monde révèlent comment les colonies réagissent à une alarme.
Référence : « Sparse and stereotyped encoding implicates a core glomerulus for ant alarm behavior » par Taylor Hart, Dominic D. Frank, Lindsey E. Lopes, Leonora Olivos-Cisneros, Kip D. Lacy, Waring Trible, Amelia Ritger, Stephany Valdés-Rodríguez et Daniel J.C. Kronauer, 14 juin 2023, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2023.05.025
Ce travail a été soutenu par l’Institut national des sciences médicales générales des Instituts nationaux de la santé, l’Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux, l’Institut médical Howard Hughes, la Fondation nationale des sciences et l’Institut des systèmes neuronaux Kavli.