Les fourmis sauteuses indiennes sont des prédateurs actifs dotés de grandes mâchoires. Ils vivent en petits groupes, chacun avec une reine qui pond des œufs et des ouvrières qui fouillent et défendent la colonie. Cependant, contrairement à la plupart des espèces de fourmis sociales, il y a très peu de différence d’apparence entre les ouvrières et la reine. Si une reine meurt ou est enlevée, les ouvrières ont la possibilité de changer de caste et de commencer à pondre des œufs fécondés comme une reine. Ces ouvrières ressemblant à des reines sont appelées gamergates.
Bien que des différences dans les niveaux de certaines hormones aient été associées à des changements entre les castes des travailleurs et celles des joueurs, le mécanisme exact qui sous-tend les changements de comportement spécifiques à la caste n’est pas connu.
Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie et de l’Université de Fribourg, en Allemagne, ont découvert qu’une seule protéine, Kr-h1 (homologue 1 de Krüppel), agit dans le cerveau des fourmis ouvrières et des gamergates pour produire un comportement approprié à la caste. De plus, les hormones socialement régulées sont impliquées dans la coordination de la transition sociale complexe de la caste des travailleurs à la caste des joueurs.
« Les cerveaux des animaux sont en plastique ; c’est-à-dire qu’ils peuvent modifier leur structure et leur fonction en réponse à l’environnement », a déclaré Roberto Bonasio de la faculté de médecine Perelman de l’Université de Pennsylvanie. « Ce processus, qui se déroule également dans le cerveau humain – pensez aux changements de comportement à l’adolescence – est crucial pour la survie, mais les mécanismes moléculaires qui le contrôlent ne sont pas entièrement compris. Nous avons déterminé que, chez les fourmis, Kr-h1 freine la plasticité cérébrale en empêchant une activation inappropriée des gènes.
Les fourmis de la colonie possèdent toutes l’information génétique nécessaire pour se comporter dans les deux sens, en tant qu’ouvrière ou en reine. Pourtant, dans des circonstances normales, les fourmis appartiennent à une seule caste et se comportent d’une manière socialement appropriée pour cette caste. Les ouvrières entretiennent la colonie en trouvant de la nourriture et en combattant les envahisseurs, tandis que la tâche principale de la reine est de pondre des œufs.
En étudiant les fourmis, Bonasio et ses collègues voulaient comprendre comment l’activation ou la désactivation de certains gènes affecte le fonctionnement et le comportement du cerveau. Parce que Harpegnathos les adultes peuvent passer d’un ouvrier à un gamergate, ils étaient de parfaits animaux d’étude.
Afin d’étudier les événements moléculaires sous-jacents à l’origine du changement de comportement, l’équipe de recherche a isolé des neurones du cerveau des fourmis et les a cultivés en laboratoire. Ils ont exposé le tissu neuronal cultivé à différents niveaux de deux hormones, l’hormone juvénile 3 (JH3) et l’ecdysone (E20), pour voir comment ces hormones affectaient l’expression des gènes dans les cellules cérébrales.
L’étude a révélé que les deux hormones, qui sont normalement présentes à des niveaux différents dans le corps des travailleurs et des joueurs, produisaient des modèles distincts d’activation génique dans le cerveau des deux castes. De plus, les experts ont découvert que les deux hormones influençaient les cellules en activant une seule protéine, Kr-h1. Les hormones ont dirigé le facteur transcriptionnel (Kr-h1) pour réprimer l’expression de différents gènes cibles dans les deux castes de fourmis.
Dans des expériences plus détaillées, les chercheurs ont neutralisé (inhibé) la protéine Kr-h1 dans le cerveau des fourmis et ont découvert que cela provoquait l’activation des gènes gamergate chez les travailleurs et l’activation des gènes travailleurs dans les gamergates. Cette situation a conduit à des comportements inappropriés de la part des fourmis et à une déstabilisation de l’identité de caste.
« Cette protéine régule différents gènes chez les travailleurs et les gamergates et empêche les fourmis d’adopter des comportements » socialement inappropriés « », a déclaré Shelley Berger, co-auteur de l’étude. « C’est-à-dire que Kr-h1 est nécessaire pour maintenir les frontières entre les castes sociales et garantir que les travailleurs continuent à travailler pendant que les gamergates continuent d’agir comme des reines. »
« Nous n’avions pas prévu que la même protéine pourrait faire taire différents gènes dans le cerveau de différentes castes et, par conséquent, supprimer le comportement des travailleurs dans les gamergates et le comportement des gamergates chez les travailleurs », a ajouté Bonasio. « Nous pensions que ces tâches seraient attribuées à deux ou plusieurs facteurs différents, chacun d’entre eux étant uniquement présent dans l’un ou l’autre cerveau. »
Les résultats établissent que les hormones socialement importantes et la régulation des gènes sont à la base de la capacité du cerveau animal à passer d’un mode génétique et d’une caste sociale à un autre.
« Le message clé est que, au moins chez les fourmis, plusieurs modèles de comportement sont spécifiés simultanément dans le génome et que la régulation des gènes peut avoir un impact important sur le comportement de cet organisme », a déclaré Berger. « En d’autres termes, les parties du Dr Jekyll et de M. Hyde sont déjà inscrites dans le génome ; tout le monde peut jouer l’un ou l’autre rôle, selon les commutateurs génétiques activés ou désactivés.
Les chercheurs pensent que les implications pourraient aller bien plus loin que la compréhension de la plasticité comportementale des fourmis et d’autres insectes. « Il est tentant de spéculer que des protéines apparentées pourraient avoir des fonctions comparables dans des cerveaux plus complexes, y compris le nôtre », a déclaré Bonasio. « La découverte de ces protéines pourrait permettre un jour de redonner de la plasticité à des cerveaux qui l’ont perdue, par exemple des cerveaux vieillissants. »
La recherche est publiée aujourd’hui dans la revue Cellule.
—
Par Alison Bosman, Espèces-menacées.fr Rédacteur
0 réponse à “Une seule molécule peut faire passer une fourmi d’ouvrière à reine”