Sam Gregory a écrit cet article comme un projet pour le Dr Stacy Krueger-Hadfield Cours de communication scientifique à l’Université de l’Alabama à Birmingham. Sam a obtenu un baccalauréat en biologie et un baccalauréat en art en studio du Birmingham-Southern College, et poursuit actuellement une maîtrise en biologie à l’UAB. Il est fasciné par les divers écosystèmes de l’Alabama, en particulier les communautés d’arthropodes actuellement menacées qui jouent un rôle fondamental dans ces systèmes.
Dans un article récent, les chercheurs ont évalué les systèmes reproducteurs au sein de Cataglyphis, un genre de fourmis du désert (Kuhn et al., 2020). Deux systèmes inhabituels avaient été observés au sein du genre. Pour comprendre la reproduction des cataglyphes, cependant, il faut d’abord comprendre la reproduction conventionnelle des fourmis.
La grande majorité des fourmis dans une colonie sont des ouvrières. Ce sont des femmes, mais infertiles. Les travailleurs poussent à partir des œufs de la reine de la colonie (Wheeler, 2016). Quelques œufs se développent en alates ailées – soit des reines, qui sont des femelles fertiles, soit des mâles, qui sont haploïdes et éclosent à partir d’œufs non fécondés (White, 1984). Chaque année, les alates volent de la colonie en masse à la recherche de partenaires (Wilson, 1957). Les mâles meurent peu après l’accouplement, et les reines maintiennent le sperme dans un organe spécialisé (Wheeler&Krutzch, 1994), ce qui leur permet de féconder des œufs pour le reste de leur vie, potentiellement des décennies chez certaines espèces (Keller, 1998). Chaque reine trouve alors un endroit sûr où se cacher pendant que ses ouvrières atteignent la maturité. Chez de nombreuses espèces, la reine élève sa première progéniture à l’âge adulte sans manger (Keller &Passera, 1989).
C’est bien plus qu’une série de faits amusants.
Ce paradigme permet aux individus non reproducteurs d’assumer des risques tandis que les reines restent en sécurité. Cette stratégie est un facteur majeur du succès évolutif des Formicidae, la famille des fourmis, qui constituent une partie remarquable de la biomasse animale terrestre (Wilson, 1985). Cela fait des fourmis un clade intéressant pour examiner l’évolution des systèmes reproducteurs. Une reproduction inhabituelle crée des pressions de sélection uniques, conduisant les sous-clades à adopter des modes de reproduction encore plus étranges (Heinze&Tsuji, 1995).
Kuhn et al. (2020) se sont intéressés à deux systèmes reproducteurs inhabituels observés dans le genre Cataglyphis. Chez certaines espèces, les reines produisent des ouvrières sexuellement, mais produisent de nouvelles reines en fécondant leurs propres œufs. C’est ce qu’on appelle l’utilisation conditionnelle du sexe. Leurs colonies sont rendues robustes par la variation entre les ouvrières, tandis que les descendants reproducteurs ne reçoivent que l’ADN de la reine (Pearcy et al., 2004).
Un autre groupe au sein de Cataglyphes se reproduit par un moyen appelé hybridogenèse sociale clonale. Ces fourmis utilisent également le sexe conditionnellement, mais une ”espèce » (bien que nous soyons bien au-delà du point où les concepts d’espèces se décomposent) se compose de deux lignées génétiques. Les reines s’accouplent sélectivement avec des mâles de la lignée opposée pour produire des ouvrières. Ces travailleurs sont divers et robustes, sans l’inconvénient de la fertilité qui vient souvent avec l’hybridation, car les travailleurs sont de toute façon stériles (Burke &Arnold, 2001; Umphrey, 2006).
Pour évaluer l’histoire évolutive de ces modes de reproduction, les chercheurs ont déterré des colonies de Cataglyphes à travers l’Europe et le Moyen-Orient. En génotypant des reines reproductrices, des reines non accouplées et des ouvrières, ils ont déterminé la stratégie de reproduction de chaque espèce. L’haploïdie mâle a fourni un énorme avantage, car le génotype du père décédé depuis longtemps de la colonie peut être déduit de ceux des ouvrières et de la reine. Ils ont ensuite cherché à déterminer si une espèce était constituée de multiples amas génétiques et, dans l’affirmative, si les amas se croisaient sélectivement (Kuhn et al., 2020).
Les chercheurs ont trouvé de nombreux cas d’hybridogenèse sociale à la fois conditionnelle et clonale. Fait intéressant, il y a eu précisément un cas d’accouplement intra-lignée chez une « espèce” qui subit normalement une hybridogenèse (Cataglyphiscretica) (Figure 1). Cette colonie était anormalement petite, reflétant potentiellement l’avantage intuitif de l’accouplement inter-lignage (bien qu’un seul cas soit loin d’être une preuve définitive) (Kuhn et al., 2019).
Dans la phylogénie proposée (figure 2), chaque mode de reproduction est apparu plusieurs fois, et l’utilisation conditionnelle du sexe semble être une condition préalable à l’hybridogenèse sociale clonale (Kuhn et al., 2020).
Cette étude a permis d’éclairer davantage le sujet plus large des pressions de sélection liées aux modes de reproduction. Certaines questions restent cependant sans réponse. Les chercheurs notent que chaque paire de lignées hybridogénétiques semble avoir divergé récemment, malgré l’évolution beaucoup moins récente du sexe conditionnel (Kuhn et al., 2020).
Cela pourrait indiquer que de tels systèmes apparaissent couramment, mais ne sont pas durables, car l’augmentation de l’homozygotie détruit la viabilité des reines. Alternativement, ces lignées peuvent ne pas être totalement isolées, avec un faible niveau de flux génétique (Kuhn et al., 2020). Dans les deux cas, d’autres recherches sur ces systèmes feraient beaucoup pour faire progresser la compréhension de l’évolution de la reproduction.
Burke, J. M., &Arnold, M. L. (2001). Génétique et aptitude des Hybrides. Revue annuelle de génétique, 35, 31-52.
Heinze, J., &Tsuji, K. (1995). Stratégies de reproduction des fourmis. Recherches sur l’écologie des populations, Vol. 37, p. 135 à 149.
Keller, L. (1998). Durée de vie de la reine et caractéristiques de la colonie chez les fourmis et les termites. Insectes Sociaux, 45(3), 235-246.
Keller, Laurent, & Passera, L. (1989). Taille et teneur en graisse des gynés par rapport au mode de fondation des colonies chez les fourmis (Hyménoptères; Formicidae). Œcologie, 80(2), 236-240.
Kuhn, A., Darras, H., Paknia, O., &Aron, S. (2020). Repeated evolution of queen parthenogenesis and social hybridogenesis in Cataglyphis desert ants. Écologie moléculaire, 29:549-564.
Pearcy, M., Aron, S., Doums, C., &Keller, L. (2004). Utilisation conditionnelle du sexe et de la parthénogenèse pour la production de ouvrières et de reines chez les fourmis. Science, 306 (5702), 1780-1783.
Umphrey, G. J. (2006). Parasitisme des spermatozoïdes chez les fourmis: Sélection pour l’accouplement et l’hybridation interspécifiques. Écologie, 87 (9), 2148-2159.
Wheeler, D.E. (2016). La Base développementale du Polymorphisme des Castes ouvrières chez les Fourmis. Le naturaliste américain, 138 (5), 1218-1238.
Wheeler, D.E., &Krutzsch, P. H. (1994). Ultrastructure de la spermathèque et de sa glande associée chez la fourmi Crematogaster opuntiae (Hyménoptères, Formicidae). Zoomorphologie, 114(4), 203-212.
Blanc, M. J. D. (1984). Mécanismes chromosomiques dans la reproduction animale. Bolletino Di Zoologia, 51 (1-2), 1-23.
Wilson, E.O. (1957). L’organisation d’un Vol Nuptial de la Fourmi Pheidole Sttarches Wheeler. Psyché (New York), 64 (2), 46-50.
Wilson, Edward O. (1985). La Sociogenèse des colonies d’insectes. Science, 228 (4707), 1489-1495.