Ces fourmis peuvent faire rétrécir ou grossir leur cerveau tout au long de leur vie

Dans la majorité des colonies de fourmis, la hiérarchie est simple : une reine unique pond les œufs pendant que les ouvrières, réunies sous un système de castes, s’occupent du reste. Elles cherchent la nourriture, s’occupent des larves, se battent et plus encore. Seuls les mâles et les reines peuvent se reproduire. Le reste des fourmis est stérile. Si la reine meurt, il en va généralement de même pour la colonie.

Pour les fourmis Harpegnathos saltator toutefois, les choses sont différentes. Cette espèce aux mandibules en forme de forceps et aux grands yeux noirs peuple la côte ouest de l’Inde. Au sein de leurs colonies, si la reine meurt, les ouvrières organisent des compétitions étranges lors desquelles la gagnante prend le rôle de monarque et se voit donc capable de produire des œufs. Les ovaires de la femelle victorieuse se dilatent et son cerveau se rétrécit jusqu’à 25 %.

De nouvelles recherches ont démontré que ces reines peuvent être détrônées et renvoyées au statut d’ouvrières. Leurs ovaires rétrécissent à nouveau et leur cerveau reprend sa taille d’origine. Il s’agit là d’une prouesse extraordinaire jamais observée chez les insectes auparavant.

« Dans le monde animal, un tel niveau de plasticité, c’est plutôt unique. Surtout pour de la plasticité [dite] réversible », explique Clint Penick, auteur principal de l’étude qui a révélé cette découverte, publiée dans la revue Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences.

LE TRÔNE DES FOURMIS

Penick, qui est aussi professeur adjoint d’écologie, d’évolution et de biologie à l’université d’État de Kennesaw en Géorgie, a passé des années à étudier les fourmis Harpegnathos saltator. Lorsque ces ouvrières prennent le mode de reproduction de la reine, les scientifiques les appellent des gamergates. Ce terme, inventé dans les années 1980, est issu du grec et signifie « ouvrière mariée ».

Tous les membres d’une colonie de H. Saltator peuvent se reproduire. Toutefois, ce n’est possible que si un individu remporte la série interminable de démonstrations de domination organisée après la mort d’une reine. Semblables à des combats de joute miniatures, les fourmis se relaient pour se donner des coups secs et rapides avec leurs antennes.

Près de la moitié de la colonie peut prendre part à ces combats qui peuvent durer jusqu’à quarante jours. L’ensemble des fourmis, exception faite de la gagnante, poursuit sa vie d’ouvrière.

D’autres insectes présentent des comportements complexes destinés à prouver leur domination. Par exemple, les reines chez les guêpes se battent pour obtenir la capacité de produire une progéniture, explique Rachelle Adams, qui étudie l’évolution des fourmis et l’écologie chimique à l’université d’État de l’Ohio. « Dans le cas [des fourmis], les ouvrières se battent pour le rôle reproductif, ce qui est vraiment génial. »

Lorsqu’une gamergate prend le contrôle de la colonie, elle passe par de nombreux changements internes. Le plus notable : son cerveau se rétrécit d’un quart, « ce qui représente une perte de masse énorme », déclare Penick. Les chercheurs ont aussi démontré que la production de venin s’arrête chez ces fourmis aux allures de reine. Elles changent également de comportement : elles se cachent des intrus et cessent tous leurs comportements de chasse.

Penick et ses collègues ont souhaité en apprendre davantage sur cette plasticité cérébrale et comprendre si ces variations étaient réversibles. Ils ont alors rassemblé soixante gamergates et les ont peintes afin de les différencier. Ils ont sélectionné trente d’entre elles au hasard et les ont isolées pour quelques semaines. Les trente autres servaient de témoins. L’isolation semblait réduire la fertilité de ces fourmis. Lorsqu’elles ont été réintroduites dans leur colonie, elles ont immédiatement été capturées et retenues par les autres ouvrières.

C’est ce que les chercheurs appellent le « maintien de l’ordre ». Ils pensent que c’est la manière dont ces fourmis évitent à leur colonie de rassembler un trop grand nombre de membres reproducteurs. Si les ouvrières détectent une potentielle reine dont les ovaires sont partiellement développés, elles la mordent et la maintiennent ainsi pendant des heures, voire des jours, et ce, sans lui causer de dommages corporels. « C’est presque comme si elles la plaçaient dans une prison pour fourmis », indique Penick.

Les scientifiques estiment que cette situation de stress déclenche une série de modifications chimiques qui renvoient les gamergates à leur statut d’ouvrières en l’espace d’un jour environ.

« Une fois sacrifiées, nous leur avons fait passer des scanners du cerveau. Nous avons découvert qu’ils avaient repris toutes leurs caractéristiques d’origine », explique le chercheur. « Leurs ovaires se rétrécissent et elles produisent de nouveau du venin. Après ça, leur cerveau reprend sa taille d'origine. »

UN COMPORTEMENT JAMAIS OBSERVÉ AUPARAVANT

Des changements importants de la taille et de la structure du cerveau ont été observés chez quelques autres espèces, notamment les spermophiles hibernants (Spermophilus) et certains oiseaux. Par exemple, les bruants à couronne blanche (Zonotrichia leucophrys) développent près de soixante-huit-mille nouveaux neurones lors du début de la période reproductive. Ce comportement aide les mâles à apprendre de nouveaux chants d’accouplement. À l’approche de l’hiver, quand la nourriture se fait plus rare, ces nouveaux neurones meurent. Lors du retour du printemps, le cycle se répète. Néanmoins, ce phénomène est inédit chez les insectes.

« On a observé une plasticité chez de nombreux insectes pour toutes les caractéristiques mentionnées ici mais ce niveau de plasticité réversible n’avait jamais été documenté auparavant », indique Emilie Snell-Rood, biologiste de l’évolution à l’université du Minnesota. « De nombreux insectes sociaux développent des changements dans ces régions cérébrales lors des transitions entre les différentes phases de leur vie d’ouvrières ou lorsqu’elles passent d’un comportement de chasseuse à celui de reine. Mais changer son revêtement neuronal une fois puis retrouver celui d’origine plus tard, c’est une tout autre chose. »

Adams explique que ces changements cérébraux pourraient être plus courants qu’on ne le croit. Nous n’avons simplement pas étudié le phénomène avec assez d’attention. « Je ne serais pas surprise si nous observions davantage [ce genre de comportements]. »

Selon elle, il serait intéressant de se pencher sur les espèces de fourmis qui disposent de plusieurs reines, notamment Iridomyrmex purpureus qu’on trouve dans toute l’Australie. Les reines se divisent parfois le travail, certaines restent au sein de la colonie quand d’autres cherchent de la nourriture. Selon Adams, ces organisations peuvent s’accompagner de différences respectives dans la taille ou le fonctionnement du cerveau.

Plus cette plasticité cérébrale sera étudiée chez toutes les espèces, plus elle pourrait aider à la compréhension des cerveaux humains également. « Si l’on creuse très, très, très loin, on pourrait avoir un aperçu de la manière dont le cerveau humain se développe », explique Penick.

Par exemple, grâce à de telles études, les scientifiques pourraient en apprendre davantage sur les gènes responsables de la plasticité neuronale et sur leur fonctionnement.

« On pourrait se demander, “Pourquoi étudier cette espèce de fourmi-ci ?”. Pourtant, il se pourrait qu’au fil de l’évolution, elles aient acquis des mécanismes de plasticité neuronale fascinants », se réjouit Snell-Rood. « Je pense que nous avons beaucoup à apprendre des adaptations neuronales incroyables du règne animal. »

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.