En général, plus un animal est grand, plus les parties de son corps sont volumineuses. C’est l’un des principes les plus connus en biologie. Pourtant, certaines fourmis semblent déroger à cette règle. Cette découverte apporte un nouveau regard sur la façon dont l’évolution peut assouplir les contraintes biologiques et produire de nouvelles combinaisons de traits.
Grande taille ne rime pas toujours avec grandes antennes
L’équipe de recherche a étudié le genre Pheidole, un groupe de fourmis très diversifié dont les colonies comprennent de petites ouvrières et des soldats beaucoup plus gros. Au sein de chaque caste, les antennes sont proportionnelles à la taille du corps. Mais, fait surprenant, d’une caste à l’autre, cette relation change : la taille des antennes des ouvrières et des soldats se chevauche entièrement dans la même plage de variation, bien que la tête et le corps de ces derniers soient nettement plus imposants.
« C’a été un coup de chance absolu. Nous étions assis devant le microscope et Erica (Erica Vong, chercheuse aux cycles supérieurs, étudiante à l’Université d’Ottawa, et auteure principale de l’étude) m’a montré les antennes de deux individus. L’une des paires d’antennes était nettement plus petite, et pourtant, elle provenait du soldat! » rapporte Rajendhran Rajakumar, professeur agrégé au Département de biologie de la Faculté des sciences de l’Université d’Ottawa; la recherche a été menée dans son laboratoire. «Comme quand tu prends ton latte préféré, les deux castes ont des antennes qui se chevauchent de tailles petites, moyennes et grandes. »
Il s’est avéré que les grandes antennes appartenaient à la plus grosse des ouvrières, et les petites antennes au plus petit des soldats, dont la tête et le corps sont pourtant bien plus grands.
« Les biologistes ont longtemps supposé que des traits comme les antennes évoluent de manière prévisible en fonction de la taille, explique le professeur. Nos résultats montrent que l’évolution peut dissocier un trait de la taille du corps dans un contexte donné, tout en préservant cette relation dans un autre. »
L’équipe a combiné expériences en laboratoire, données de terrain, collections de musées et analyses comparatives. Les mesures effectuées sur 565 espèces du genre Pheidole ont révélé que cette tendance inhabituelle dans la taille des antennes est largement répandue dans l’ensemble du genre. Des comparaisons avec d’autres fourmis suggèrent que cette caractéristique pourrait remonter à l’ancêtre commun des Pheidole et des fourmis tortues du genre Cephalotes.
Les antennes sont essentielles à la survie des fourmis. Elles leur permettent de détecter des signaux chimiques et physiques, de s’orienter dans leur environnement et de communiquer avec les autres fourmis, autant d’éléments vitaux pour le bon fonctionnement de leurs colonies. La taille et la forme de chaque fourmi influencent également le nombre et la disposition des structures sensorielles dont elle dispose.
« Ce n’est pas simplement parce que la fourmi est plus grosse que les antennes sont plus grandes, précise le professeur Rajakumar. Dans ces colonies, le développement préserve un ensemble flexible de formes d’antennes qui aide peut-être les individus à répondre de manière coordonnée et compatible aux changements dans leur environnement. »
« Nos résultats montrent que l’évolution peut dissocier un trait de la taille du corps dans un contexte donné, tout en préservant cette relation dans un autre »
Rajendhran Rajakumar
— Professeur agrégé au Département de biologie de la Faculté des sciences
L’influence de la colonie sur les individus
Des expériences menées sur Pheidole dentata ont montré que cette flexibilité est régulée par l’environnement social de la colonie, l’hormone juvénile et des signaux d’un organe régulant l’allométrie. Des travaux antérieurs du professeur Rajakumar ont joué un rôle fondamental pour montrer que ces mêmes facteurs sont déterminants pour le développement des soldats et des supersoldats. En modifiant ces facteurs (en particulier la phéromone inhibitrice des soldats), l’équipe de recherche a pu produire de nouvelles « nano-ouvrières » et de nouveaux « nano-soldats », au corps d’ouvrière, mais dont la tête avait la taille et la forme de celles des soldats. Ces fourmis présentaient des combinaisons de traits et de corps que le développement ordinaire n’exprime habituellement pas, ce qui prouve que ce potentiel existe et peut être activé.
Les résultats montrent aussi que la colonie agit comme un superorganisme, et que les conditions sociales influencent le développement de chaque fourmi. « Les signaux sociaux et les hormones ne font pas que déterminer si une fourmi devient une ouvrière ou un soldat, note encore le professeur. Ils peuvent également remanier la façon dont différents traits s’affirment et se proportionnent les uns par rapport aux autres (ou se dissocient d’un autre trait), au sein des castes, entre les castes et plus largement d’une espèce à l’autre. »
Transgresser les règles biologiques pour créer de nouvelles formes
Ces résultats contribuent à expliquer comment les systèmes biologiques s’affranchissent des règles d’allométrie habituelles pour générer de nouvelles formes. Cette flexibilité pourrait avoir joué un rôle dans l’émergence de systèmes de castes complexes, aidant ainsi les fourmis à devenir l’une des espèces les plus diversifiées et les plus florissantes de la planète du point de vue écologique.
« Ce travail nous rappelle que l’évolution n’est pas toujours un processus qui renforce ou affaiblit un trait en particulier, conclut le professeur Rajakumar. Parfois, de nouvelles possibilités émergent lorsque les liens attendus entre différents traits sont brisés et que le développement se réorganise. »
L’étude, intitulée « Breaking trait scaling via the evolution and regulation of dimorphic decoupling in ants », a été publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2612172123 – Auteures et auteur : Erica Vong, Shannon Parisien, Hélène Orfali et Rajendhran Rajakumar
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