Les fourmis, les guêpes, les abeilles et d’autres insectes sociaux vivent dans des colonies « eusociales » hautement organisées où des foules de femelles renoncent à la reproduction pour répondre aux besoins de quelques reines pondeuses et de leur progéniture. Phénomène génétique ou adaptation en temps réel de l’ensemble de la colonie ?
Il est difficile d’expliquer ce phénomène malgré plus de 150 ans d’efforts des biologistes. De nombreux chercheurs ont pensé que la réponse se résumerait à une suite complexe de changements génétiques qui ont évolué de manière spécifique aux espèces sur une longue période.
Mais de nouveaux résultats suggèrent qu’un mécanisme hormonal étonnamment simple – un mécanisme que l’on peut trouver dans tout le règne animal – aurait pu suffire à déclencher l’eusocialité.
Les scientifiques ont découvert que la division du travail de reproduction chez les fourmis est apparue lorsqu’une ancienne voie de signalisation de l’insuline, généralement impliquée dans le maintien de la nutrition et de la croissance, est devenue sensible aux signaux sociaux. Ils ont d’abord comparé quels gènes étaient exprimés différemment dans le cerveau des reines et des ouvrières parmi sept espèces de fourmis différentes. Ils ont trouvé un signal particulièrement fort pour un gène, ilp2 , qui code pour la version fourmi de l’insuline et s’est systématiquement exprimé plus haut chez les reines. (Au moins deux douzaines d’autres gènes sont également apparus comme importants, a noté Kronauer – beaucoup d’entre eux sont également liés à la production et à la signalisation de l’insuline, ou à la plasticité cérébrale et à d’autres traits.)
Pour déterminer le rôle d’ ilp2 , les chercheurs se sont concentrés sur une seule espèce de fourmis, les fourmis pilleuses clonales Ooceraea biroi , dont les colonies n’ont pas de reines fixes. Au lieu de cela, les fourmis alternent en groupe entre les rôles d’ouvrière et de reine, apparemment en réponse à la présence de larves : avec les bébés autour, toutes les fourmis adultes ont cessé de se reproduire pour prendre soin d’elles.
L’équipe de Kronauer a découvert que la signalisation de l’insuline était responsable de ce cycle. La production de l’hormone a diminué lorsque les chercheurs ont exposé les fourmis aux larves, supprimant la reproduction et induisant le passage à un comportement de gardiennage. Lorsque les larves ont été retirées, les niveaux d’insuline ont augmenté de manière significative – et l’injection d’insuline aux adultes a provoqué la réactivation de leurs ovaires même lorsque les larves étaient encore là. “Si vous y réfléchissez, c’est un moyen fou mais aussi très élégant et simple de rendre un organisme social, de le rendre sensible aux larves”, a déclaré Kronauer.
Les résultats de Kronauer justifient une théorie sur les origines de l’eusocialité proposée en 1987 par la biologiste évolutionniste Mary Jane West-Eberhard, maintenant au Smithsonian Tropical Research Institute. Elle avait observé que les guêpes solitaires passaient par les phases de reproduction et de soins en synchronisation avec leur activité ovarienne, et postulé que la division eusociale du travail a émergé lorsque des parties de ce cycle ovarien sont devenues exclusives à chaque caste : les reines avaient des ovaires constamment actifs pour la ponte, tandis que les ouvrières, dont les ovaires restaient supprimés, se consacraient à la recherche de nourriture et aux soins du couvain. West-Eberhard a décrit plus tard cela comme un modèle pour apporter des changements majeurs aux espèces par le biais d’une «réorganisation du développement» et l’a qualifié de moyen de «faire quelque chose de nouveau (phénotypes d’ouvrières et de reines) à partir d’anciens morceaux» – dans ce cas, les anciens comportements liés aux différentes phases du cycle ovarien des guêpes solitaires.
Ce qui manquait à la théorie de West-Eberhard était un candidat pour un déclencheur potentiel de cette réorganisation chez les guêpes, ou chez l’un des autres insectes sociaux. Les découvertes de Kronauer suggèrent maintenant que le coupable, du moins dans le cas des fourmis, était ilp2 , les larves manipulant les adultes par le biais de leurs voies insuliniques pour en faire la plupart des gardiennes à plein temps et quelques-unes des mères de la communauté.
L’implication de l’insuline a du sens rétrospectivement, a déclaré Kronauer, étant donné que l’hormone est connue pour jouer un rôle régulateur crucial à la fois dans la prise alimentaire et la reproduction. Après l’adaptation initiale, les forces évolutives auraient entraîné des différences innées dans les niveaux d’insuline entre les individus pour cimenter des castes séparées. Même parmi les fourmis pilleuses clonales sans reine, Kronauer et ses collègues ont observé que certaines avaient des ovaires légèrement plus gros et plus actifs et se nourrissaient moins, malgré la présence de larves. Leurs niveaux d’insuline se sont avérés être plus élevés dès le début.
Le fait que l’insuline ait été utilisée plusieurs fois de manière indépendante renforce également une idée émergente selon laquelle l’évolution réutilise régulièrement les voies métaboliques et développementales conservées pour donner naissance à de nouveaux traits et comportements complexes. Dans le cas des insectes sociaux, l’insuline et les voies de reproduction n’attendaient que d’être cooptées pour des fonctions sociales – ou dérivées de plans de base ancestraux.