Les fourmis sont connues pour leurs comportements sociaux stricts et complexes. Sous les tropiques, elles sont également connues pour former des relations mutuelles avec les plantes. Certaines espèces d’arbres ont des renflements creux bien visibles qui abritent des fourmis, qui les nourrissent souvent avec de la nourriture spéciale pour fourmis. En retour, les fourmis sont des gardes du corps pugnaces, qui se rassemblent pour défendre agressivement la plante contre les ennemis. Les scientifiques observent ces relations mutuelles depuis des siècles, mais une question persistante est de savoir comment ces interactions intrigantes ont évolué en premier lieu.
Cela reste un mystère, mais une nouvelle recherche menée par le biologiste de terrain de l’Université de l’Utah Rodolfo Probst offre des perspectives qui pourraient élargir notre compréhension des symbioses fourmis-plantes.
Publié dans le Actes de la Royal Society Bses recherches se sont concentrées sur un genre de fourmis appelé Myrmelachista. La plupart des espèces de Myrmelachista nichent dans des tiges mortes ou vivantes de plantes, sans aucune association mutualiste spécialisée. Mais un groupe d’espèces d’Amérique centrale était connu pour ne nicher que dans les tiges vivantes de certaines espèces de petits arbres du sous-bois, dans une symbiose spécialisée similaire à d’autres mutualismes fourmis-plantes. Ces minuscules fourmis jaunes creusent les tiges sans nuire aux plantes hôtes et peuvent être trouvées dans toute l’Amérique centrale.
Une telle symbiose nécessite des comportements et une morphologie complexes et nouveaux (caractéristiques physiques telles que la couleur, la forme et la taille), et on pense qu’elle se produit rarement. Les spécialistes d’Amérique centrale étaient un groupe de neuf espèces qui partageaient toutes ces caractéristiques complexes et n’étaient que légèrement différentes les unes des autres. On a supposé qu’un ancêtre commun unique avait dû faire évoluer la symbiose sur une longue période de temps, et il s’agissait d’espèces très jeunes qui étaient apparues après l’évolution de la symbiose.
Probst a fait une découverte remarquable. En utilisant des données de séquences d’ADN pour démêler leur histoire évolutive, il a découvert que ces neuf espèces se présentaient sous forme de deux groupes dans des parties différentes de l’arbre évolutif. Cela signifie que cette relation complexe, avec toutes ses caractéristiques distinctives, a évolué deux fois à partir d’ancêtres non spécialistes. De plus, elles ont également évolué à proximité les unes des autres et à peu près au même moment, il y a environ 3 millions d’années.
« J’aimerais pouvoir prendre une machine à remonter le temps et voir ce qui se passe », a déclaré Probst. « C’est peut-être l’écologie ou la disponibilité des plantes qui ont permis à ces amitiés de se développer en premier lieu. »
Selon lui, il s’agit d’un cas d’évolution convergente, où des espèces différentes évoluent pour devenir plus semblables, souvent parce qu’elles occupent des niches écologiques spécialisées similaires. Pensez aux baleines et aux poissons. D’une manière ou d’une autre, ces fourmis ont développé le même comportement, ce que Probst a appelé un « déjà-vu évolutionniste ».
« Ces deux espèces se ressemblent tellement que nous avons supposé que ce mutualisme aurait pu se développer une fois », a déclaré Probst. « Le plus intéressant dans notre article est que nous montrons que ces types d’amitiés fourmis-plantes évoluent plusieurs fois de manière indépendante. Est-ce un déjà-vu évolutionniste ? C’est comme si cela se produisait, cela pourrait se reproduire si les conditions écologiques appropriées étaient réunies. »
Ses deux co-auteurs sont l’entomologiste de renom Jack Longino, mieux connu parmi les étudiants de l’Université sous le nom de The Astonishing Ant Man pour son expertise et sa vaste collection personnelle de spécimens de fourmis conservés sur le campus, et l’ancien chercheur postdoctoral de l’École des sciences biologiques de l’Université Michael Branstetter, aujourd’hui à l’Unité de recherche sur les insectes pollinisateurs du Département américain de l’agriculture à l’Université d’État de l’Utah.
« L’élément principal de cet article est la partie inattendue. Le travail de Rodolfo a révélé deux évolutions indépendantes d’une relation complexe avec les plantes. Il suggère que les éléments de base du développement pour des caractéristiques très distinctives ou complexes sont facilement disponibles et peuvent évoluer rapidement parmi différents groupes d’espèces lorsque les conditions se présentent », a déclaré Longino, professeur de biologie à l’Université qui a passé plus de quatre décennies à étudier les fourmis, principalement dans les régions tropicales.
« La morphologie à elle seule n’a jamais été efficace pour révéler les relations entre les espèces, ce spectacle évolutif qui montre comment la vie s’est diversifiée sur la planète. »
Avec l’aide continue des étudiants de premier cycle de l’Initiative de recherche scientifique de l’université, Probst cherche à réaliser un séquençage génomique complet pour découvrir les gènes impliqués dans les associations fourmis-plantes, en regardant « sous le capot » d’un phénomène qui intrigue les naturalistes depuis des siècles.
Plus d’information:
Rodolfo S. Probst et al., Déjà vu évolutif ? Un cas d’évolution convergente dans une association fourmi-plante, Actes de la Royal Society B : Sciences biologiques (2024). DOI: 10.1098/rspb.2024.1214