Les bourdons maintenus à l’isolement compensent en étant plus sociaux plus tard

Une nouvelle étude montre que l’isolement social modifie le comportement et le développement du cerveau des bourdons, mais pas de la manière attendue par les chercheurs.

L’étude a exploré comment les bourdons, qui dépendent en grande partie de leurs instincts sociaux pour leur survie, ont été affectés par leur isolement social au cours d’une période de développement clé.

Les chercheurs ont été surpris de constater que les abeilles isolées se sont transformées en papillons sociaux, présentant une augmentation du comportement affiliatif ou « amical », à l’opposé de ce qu’ils avaient prédit. L’article détaillant les résultats a été publié le 17 mai dans Biologie actuelle.

L’équipe, dirigée par Sarah Kocher, professeure adjointe d’écologie et de biologie évolutive et de l’Institut Lewis-Sigler de génomique intégrative, a effectué une série de tests sur trois groupes de bourdons. Certaines des abeilles ont été isolées, certaines sont restées avec leur colonie d’origine (élevage en colonie) et certaines ont été hébergées avec un plus petit groupe d’abeilles (élevage en groupe).

L’équipe de recherche s’attendait à ce que, comme cela avait été démontré précédemment avec une variété d’organismes, les bourdons socialement isolés manifestent un comportement plus agressif et interagissent moins avec leur partenaire social.

« Contrairement à cela, nous n’avons pas constaté d’augmentation des comportements agressifs chez les bourdons », a déclaré Yan Wang, chercheur postdoctoral au laboratoire de Kocher. « En fait, nous avons constaté une augmentation globale du comportement d’affiliation. »

L’examen du développement cérébral des bourdons peut fournir des informations clés sur des questions plus larges concernant le développement du cerveau et l’évolution de la socialité.

« Parce que les insectes et les vertébrés partagent un ancêtre évolutif commun, bon nombre des mêmes mécanismes moléculaires façonnent le cerveau des deux groupes », a déclaré Kocher. « En conséquence, bon nombre de nos découvertes chez les abeilles pourraient également s’étendre aux vertébrés. »

C’est pourquoi Wang, qui a un doctorat en neurosciences, était intéressé à rejoindre le projet.

« Le bourdon est devenu un candidat vraiment merveilleux pour développer de nombreux outils de pointe pour étudier la socialité, ainsi que la science du cerveau », a déclaré Wang.

Une autre tournure surprenante était que les résultats de la comparaison du développement cérébral des abeilles hébergées seules par rapport à un groupe étaient étonnamment similaires, montrant qu’il suffit de n’avoir que quelques autres abeilles avec lesquelles interagir pour développer le même niveau de compétences sociales. comme s’ils étaient avec une colonie entière.

Les abeilles isolées, cependant, ont eu des résultats « partout », selon Wang, et étaient beaucoup plus aléatoires que ce à quoi les chercheurs s’attendaient en termes de taille des différentes régions du cerveau et d’expression des gènes.

« Ce que nos résultats indiquent, c’est qu’en l’absence de cet environnement social, il existe une sorte de chaos contrôlé en termes de développement du cerveau », a déclaré Wang.

Les chercheurs ont également identifié six gènes différents dans le cerveau des abeilles isolées par rapport aux abeilles élevées en groupe et en colonie, dont plusieurs impliquent les mêmes mécanismes moléculaires que l’on trouve chez l’homme et d’autres vertébrés.

Actuellement, l’hypothèse principale de l’équipe concernant l’augmentation des niveaux de socialité chez les bourdons isolés est qu’ils n’ont jamais appris à ne pas réagir aux autres.

« Dans une ruche de bourdons bondée, il est logique que vous ayez besoin de pouvoir continuer à faire ce que vous faites même s’il y a un autre bourdon juste à côté de vous », a déclaré Grace McKenzie-Smith, étudiante diplômée en physique. « Ainsi, le développement social pourrait impliquer d’apprendre quand ne pas réagir à la présence d’une autre abeille. »

Ce n’est qu’une hypothèse, et pour vraiment aller au fond de cela, il faudra plus de recherches.

Kocher a déclaré que cette étude ouvre également une voie pour comprendre comment les abeilles et les autres pollinisateurs peuvent être touchés par le changement climatique.

« Les changements dans l’environnement, social ou autre, peuvent avoir des impacts surprenants sur le comportement », a déclaré Kocher. « Le cadre plus large consisterait à comprendre comment des changements environnementaux inattendus peuvent façonner le comportement et comment cela affecte les réponses des pollinisateurs au changement climatique. »

Une aide du logiciel de motion-mapping

Trouver comment héberger séparément plus de 300 abeilles dans une petite salle de laboratoire était un défi, et l’équipe a traversé de nombreuses itérations d’essais et d’erreurs avant de trouver une configuration qui fonctionnerait. Ils se sont retrouvés avec une structure que les chercheurs ont commencé à appeler le Bee Hotel.

Chacun des bourdons était logé dans son propre espace privé – une petite boîte dans une série d’autres petites boîtes empilées ensemble. La structure a laissé chaque abeille ou petit groupe d’abeilles à l’abri de toute perturbation causée par la vue, le son, l’odeur ou les signaux vibratoires qui pourraient être envoyés par d’autres résidents.

Après un séjour soigneusement chronométré de neuf jours, l’équipe a commencé à collecter des données sur les trois catégories d’abeilles.

Ils ont effectué des tests qui ont analysé l’expression des gènes et la taille physique de diverses régions du cerveau des abeilles et ont placé les abeilles dans des boîtes de Pétri pour surveiller leur comportement à la fois seules et par paires.

Grâce à un nouveau logiciel révolutionnaire de suivi des poses appelé SLEAP (Social LEAP Estimates Animal Poses), développé à Princeton, les chercheurs ont pu analyser quantitativement le comportement des abeilles.

« Sans SLEAP, nous aurions dû faire toutes les analyses à la main », a déclaré McKenzie-Smith, qui était responsable d’une grande partie de l’analyse des données pour ce projet. « Et quand vous faites cela, vous introduisez beaucoup de préjugés humains. »

Le logiciel – créé en collaboration entre les équipes des professeurs de Princeton Joshua Shaevitz, professeur de physique et de l’Institut Lewis-Sigler de génomique intégrative, et Mala Murthy, professeur de neurosciences – fonctionne en demandant d’abord aux chercheurs d’alimenter en vidéos le logiciel du animal qu’il est censé suivre. Il utilise ensuite l’intelligence artificielle pour identifier les différentes parties du corps et fournit des coordonnées pixel image par image pour chaque partie du corps.

Une fois les parties du corps des abeilles identifiées, les chercheurs ont utilisé un logiciel appelé Motion Mapper, un développement antérieur issu de la collaboration entre Shaevitz et Murthy, pour extraire des informations dynamiques des positions des parties du corps. Cette technique leur permet de comprendre non seulement l’emplacement des membres des abeilles, mais aussi comment les abeilles se déplacent.

« Être capable de prendre une vidéo brute et de marquer artificiellement différentes parties du corps plus tard rend cet outil extrêmement polyvalent et vraiment, vraiment excitant pour nous dans un contexte social multi-animal », a déclaré Wang.

Questions à méditer

Un exemple du comportement affiliatif que les chercheurs ont observé lors de l’utilisation de cette technologie était le frottement des antennes des abeilles sur la tête et le corps de l’autre, une activité appelée antenne.

« Les abeilles élevées dans une colonie passent généralement beaucoup de temps dans cette orientation tête-à-tête », a déclaré Kocher. « C’est un signal chimique très important. Lorsqu’ils touchent les antennes, ils transmettent en fait des informations chimiques dans les deux sens, afin qu’ils puissent savoir qui sont les autres individus de la colonie. »

Les abeilles qui avaient été isolées, lorsqu’elles ont été réintroduites dans une autre abeille, l’ont fait beaucoup plus souvent que les abeilles qui ont été maintenues en groupes sociaux tout le temps. Et ils l’ont fait d’une manière inhabituelle, avec beaucoup plus de variabilité dans la façon dont ils se touchaient.

« Une façon d’y penser est d’imaginer que vous venez me serrer la main, mais au lieu de vous serrer la main, j’essaie de vous serrer le genou », a déclaré Kocher. « Ce n’est pas vraiment une interaction sociale significative pour une abeille ayant une expérience sociale. Je pense donc que c’est un aperçu vraiment intéressant qui est ressorti de l’étude. »

Les données comportementales obtenues à partir de SLEAP, ainsi que l’analyse de l’expression des gènes et du développement du cerveau chez les abeilles ont donné des réponses surprenantes et ont laissé à Kocher de nombreuses questions à méditer.

L’interaction sociale accrue résultant de l’isolement est-elle courante chez les insectes sociaux ? Cette augmentation est-elle due à un manque d’apprentissage pour répondre aux partenaires sociaux, ou est-ce parce que les abeilles n’ont jamais appris à éviter les interactions négatives ? À quel moment de cette période de développement de neuf jours ces changements se produisent-ils et sont-ils permanents ? Sont-ils réversibles ?

Ce sont toutes ces questions que ce projet a soulevées et qui, selon Kocher, pourraient valoir la peine d’être explorées plus avant.

« Une des choses qui m’intéresse serait une expérience similaire, mais dans la ruche », a déclaré McKenzie-Smith. « Les ruches de bourdons ont une structure 3D compliquée qui rend leur imagerie assez difficile, mais certaines techniques actuellement utilisées dans le laboratoire informatique pourraient contourner ce problème. »

Un projet comme celui-ci pourrait être utile pour comprendre comment le comportement social se développe plus naturellement chez le bourdon et comment il se développe au cours de sa vie, selon McKenzie-Smith.