Une colonie de fourmis est soutenue par une dynamique sociale complexe, chaque membre – la reine, les mâles et les ouvrières (femelles stériles) – contribuant à la communauté dans son ensemble. Certaines espèces ajoutent de la complexité à cette dynamique avec l’ajout de reines plutôt petites.
Les chercheurs de l’UC Riverside ont étudié la raison pour laquelle ces reines supplémentaires sont présentes en se concentrant sur les structures génétiques complexes, appelées supergènes, dans la communauté. Ces supergènes contrôlent l’origine et la duplication des petites reines chez une espèce de fourmi. Les résultats de leur étude sont disponibles dans le numéro de décembre de la revue Biologie actuelle.
« Nous avons été intrigués par les minuscules reines », a déclaré l’auteure principale Jessica Purcell, professeure agrégée au département d’entomologie de l’UCR. « C’est un excellent système (colonies de plusieurs reines de fourmis) pour étudier l’évolution des supergènes, qui existent dans de nombreux types d’organismes. »
Les supergènes varient en taille mais consistent en un groupe de gènes liés sur le même chromosome. Le supergène supprime la recombinaison (un mélange courant de gènes lors de la division cellulaire) et transmet et préserve l’architecture du supergène de génération en génération. Ces mégagènes sont associés à des traits, ou phénotypes, exprimés par de nombreux organismes, notamment les schémas migratoires des poissons et des oiseaux et le nombre de reines dans une colonie de fourmis.
Bien qu’elles ne soient pas communes dans toutes les colonies de fourmis, Purcell et ses collègues se sont concentrés sur les petites reines d’une espèce de fourmi, Formica cinerea, commune dans toute l’Europe, de l’Espagne à la Sibérie occidentale et de la Scandinavie aux Balkans. Ces fourmis sont bénéfiques et passent joyeusement leurs journées à grignoter des araignées, des acariens et même des crottes de pucerons sucrées.
L’équipe de recherche a identifié la présence de deux supergènes qui augmentent le nombre de reines dans la colonie et contrôlent la taille des reines.
La reine est la fourmi la plus importante et la plus grande de la colonie. La reine a des ailes et peut s’envoler, mais son rôle principal est de pondre des œufs pour faire grandir des générations d’ouvrières, de mâles et de son successeur. Les ouvrières vivent environ six mois et passent leur temps à chercher de la nourriture et à prendre soin du couvain. Les mâles ont une durée de vie plus courte ; ils quittent rarement la colonie et s’accouplent une fois avec une future reine.
Les petites reines tirent leur pouvoir d’un supergène formé il y a environ 23 millions d’années et qui détermine si les colonies ont une ou plusieurs reines. Les chercheurs ont découvert un autre supergène responsable de la taille des fourmis. Les deux supergènes produisent ensemble des reines supplémentaires qui sont 20 % plus petites qu’une reine fourmi typique.
Cet appariement peut avoir un effet considérable sur la colonie.
« Les fourmis sont des insectes sociaux et créent d’énormes colonies où les nids sont apparentés les uns aux autres, et les colonies travaillent bien ensemble pour élever leurs proches », a déclaré Giulia Scarparo, étudiante postdoctorale en entomologie et première auteure de l’étude. « Dans une colonie polygyne (à plusieurs reines), la relation entre les nids est plus faible. La présence de nombreux nids non apparentés peut conduire à des conflits reproductifs entre les ouvrières. «
Les chercheurs suggèrent que les conflits résultant de ces supergènes combinés pourraient aider la colonie à se développer et à survivre.
L’établissement d’une colonie indépendante nécessite que la reine s’envole vers un nouvel endroit et utilise ses réserves corporelles logées dans les muscles des ailes et la graisse corporelle pour élever la première couvée d’ouvrières. Cette stratégie est risquée et peut conduire à la mort de la reine, et avec elle de la colonie.
Les petites reines n’ont pas les réserves d’énergie nécessaires pour établir une nouvelle colonie, mais elles peuvent rejoindre les colonies existantes. Cela soulève de nouvelles questions à considérer concernant la coopération en cours entre des groupes qui ne sont pas génétiquement liés.
« La découverte de supergènes associés aux microgynes (petites reines) est la première découverte de ce type », a déclaré Scarparo. « Nous pensons que ce type de reines peut être socialement parasitaire, c’est-à-dire des insectes sociaux qui profitent d’autres insectes sociaux. Les microgynes pourraient être un bon point de départ pour comprendre l’évolution du parasitisme social, et nous pourrions avoir un supergène qui dirige ce mode de vie. »
Purcell et Scarparo ont été rejoints sur ce projet par Alan Brelsford, professeur adjoint de biologie, et Marie Palanchon, étudiante diplômée du laboratoire de Purcell.
L’article est intitulé « L’antagonisme social facilite l’expansion des supergènes chez les fourmis ».
Plus d’information:
Giulia Scarparo et al, L’antagonisme social facilite l’expansion du supergène chez les fourmis, Biologie actuelle (2023). DOI : 10.1016/j.cub.2023.10.049