Des comportements collectifs sont présents dans de nombreux groupes d’animaux différents : des bancs de poissons nageant ensemble dans un schéma tourbillonnant, de grands groupes d’oiseaux migrant dans la nuit, des groupes d’abeilles coordonnant leur comportement pour défendre leur ruche.
Ces comportements sont couramment observés chez les insectes sociaux où jusqu’à des milliers d’individus travaillent ensemble, souvent avec des rôles distincts. Chez les abeilles mellifères, le rôle que joue une abeille dans la colonie change avec l’âge. Les abeilles plus jeunes effectuent des tâches à l’intérieur de la ruche, telles que l’allaitement et la fabrication de cire, tandis que les abeilles plus âgées passent à des rôles à l’extérieur de la ruche, soit à la recherche de nourriture (butineuses), soit à la défense de la colonie (soldats).
Ce qui détermine si les abeilles plus âgées deviennent des butineuses ou des soldats est inconnu, mais une nouvelle étude publiée dans Écologie de la nature et évolution explore les mécanismes génétiques qui sous-tendent le comportement collectif de défense de la colonie et comment ces mécanismes sont liés à l’agression globale de la colonie.
« Les abeilles domestiques n’ont pas de division du travail basée sur la taille, comme vous pourriez le voir chez les termites ou les fourmis », a déclaré Ian Traniello, ancien étudiant diplômé à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, maintenant chercheur associé à l’Université de Princeton et premier auteur. sur l’étude.
« Si vous demandez à quelqu’un dans la rue de deviner quelle fourmi est un soldat par rapport à un butineur, il le devinera probablement 100 % du temps, car les soldats sont énormes. Les abeilles mellifères ont plutôt une division du travail basée sur l’âge, où les abeilles plus âgées ont tendance à être des butineuses ou des soldats, deux rôles dangereux et potentiellement mortels. »
Une étude d’association à l’échelle du génome menée précédemment sur une sous-espèce d’abeille domestique à Porto Rico qui avait évolué pour être moins agressive ces dernières années, a révélé de fortes associations entre la variation de la séquence de certains gènes et le niveau d’agression globale de la colonie. Les chercheurs ont appelé ces « gènes d’agression des colonies ».
Dans la présente étude, les chercheurs ont comparé l’expression et la régulation des gènes dans le cerveau des soldats et des butineurs, et dans des colonies dont l’agressivité variait. Les chercheurs ont mesuré l’agressivité des colonies en comptant le nombre de piqûres sur des patchs en daim placés à l’extérieur des ruches après une perturbation.
Ils ont identifié les soldats comme les abeilles qui attaquaient les plaques et les butineuses comme les abeilles qui retournaient à la ruche avec du pollen. Les chercheurs ont ensuite utilisé la transcriptomique unicellulaire et l’analyse du réseau de régulation des gènes pour comparer les cerveaux d’abeilles butineuses et soldates, issues de colonies à faible et forte agression.
Les chercheurs ont découvert que, bien qu’il y ait des milliers de gènes dans le cerveau qui différaient dans leur expression entre les soldats et les butineurs, aucun d’entre eux ne faisait partie de la liste des gènes d’agression de la colonie. Cependant, lorsqu’ils ont créé des modèles de réseaux de régulation des gènes cérébraux, qui contrôlent quand et où des gènes spécifiques sont exprimés, les chercheurs ont découvert que la structure de ces réseaux différait entre les soldats et les butineurs – et les différences étaient plus importantes lorsque les soldats et les butineurs provenaient d’un colonie plus agressive.
« Ce que nous pensons qu’il se passe, c’est que la régulation des gènes associés au comportement collectif affecte les mécanismes qui sous-tendent la division du travail », a expliqué Traniello. « Ainsi, les colonies peuvent devenir plus ou moins agressives en influençant le niveau d’agressivité des individus au sein de cette colonie. Fondamentalement, un butineur peut être plus ou moins susceptible de passer à un état de soldat si l’environnement l’exige. »
Les résultats soulignent l’importance de la régulation des gènes pour notre compréhension de la relation entre les gènes et le comportement.
« Alors que quelques études ont trouvé des différences héréditaires potentielles entre les soldats et les butineuses, cette étude démontre que les abeilles mellifères plus âgées peuvent avoir le potentiel d’assumer l’un ou l’autre rôle », a déclaré Gene Robinson (GNDP), directeur de l’IGB et auteur de l’article. « Dans les colonies qui sont plus agressives, probablement en raison d’un danger accru dans l’environnement, les abeilles plus âgées peuvent simplement être plus prédisposées à devenir des soldats pour aider à défendre la colonie. »
Les plans pour les orientations futures comprennent le développement de tests fonctionnels pour explorer le rôle des réseaux de gènes identifiés dans l’étude et pour identifier spatialement où ils sont exprimés dans le cerveau. Traniello dit qu’il a hâte d’explorer ces nouvelles questions.
« Nous disposons de technologies extraordinaires pour sonder les gènes et le comportement à une échelle sans précédent, à la fois avec la transcriptomique unicellulaire et, maintenant, spatiale », a déclaré Traniello.
« Ceux-ci nous donnent de nouveaux moyens pour comprendre de vieilles questions, comme la relation de l’individu au collectif, ou la relation entre le génotype et le phénotype. C’est excitant de pouvoir prendre ces outils et de les appliquer dans des contextes naturalistes, et j’espère que ce travail en inspirera d’autres. » Faire la même chose. »
Plus d’information:
Ian M. Traniello et al, Dissection unicellulaire de l’agression dans les colonies d’abeilles, Écologie de la nature et évolution (2023). DOI : 10.1038/s41559-023-02090-0