Les fourmis ont quatre à cinq fois plus de récepteurs d’odeurs que la plupart des autres insectes, a découvert une équipe de chercheurs.
L’équipe de recherche, dirigée par Lawrence Zwiebel à Vanderbilt, a récemment terminé la première carte complète du système olfactif qui fournit aux fourmis leur sens du goût et de l’odorat. Ils ont découvert que les insectes industrieux ont des gènes qui fabriquent environ 400 récepteurs odorants distincts, des protéines spéciales qui détectent différentes odeurs. En comparaison, les papillons de soie en ont 52, les mouches des fruits en ont 61, les moustiques vont de 74 à 158 et l’abeille domestique en a 174.
« Le moment le plus excitant pour moi a été lorsque l’analyse est revenue montrant que nous avions identifié plus de 400 gènes OU, le plus grand nombre de toutes les espèces d’insectes connues”, a déclaré Xiaofan Zhou, l’associé de recherche qui a dirigé le processus de caractérisation. « Cela signifiait que nous avions réussi le premier pas vers un nouveau niveau de compréhension du système social complexe qui a fait des fourmis l’une des familles les plus prospères de la planète. »
Les gens ont longtemps été intrigués et inspirés par la capacité des fourmis à former des colonies hautement organisées avec la division du travail , communication entre les individus et capacité à résoudre des problèmes complexes. Depuis un certain temps, les scientifiques savent également que la communication chimique joue un rôle important dans le comportement des fourmis. « Il est donc raisonnable de supposer que cette expansion spectaculaire de la capacité de détection des odeurs est ce qui a permis aux fourmis de développer un niveau d’organisation sociale aussi élevé”, a déclaré Laurence Zwiebel, professeur de sciences biologiques, qui a dirigé la nouvelle étude publiée en août. numéro 30 de la revue Plos Genetics.
L’équipe de Zwiebel a caractérisé les systèmes olfactifs de deux espèces de fourmis nettement différentes dans le cadre d’un projet interdisciplinaire intitulé « Épigénétique du Comportement, de la Longévité et de l’Organisation sociale chez les Fourmis”, dirigé par Danny Reinberg de l’Université de New York et financé par le Howard Hughes Medical Institute. En 2010, le projet a séquencé pour la première fois les génomes des deux espèces – la fourmi charpentière de Floride (Camponotus floridanus) et la fourmi sauteuse indienne (Harpegnathos saltator). Cet effort a préparé le terrain pour rendre possible l’étude olfactive détaillée.
Le système olfactif de la plupart des insectes est centré sur leurs antennes et est généralement composé de trois classes différentes de récepteurs: les récepteurs odorants (ORs), qui identifient différents composés aromatiques et phéromones; les récepteurs gustatifs (GRs), qui distinguent les différents goûts et réagissent à certaines phéromones; et les récepteurs ionotropes du glutamate (IRs) nouvellement découverts, qui sont étroitement adaptés à divers composés toxiques et toxiques. L’étude a révélé que l’expansion primaire du système olfactif de la fourmi se concentre sur les SRO. Le nombre de GR et d’IRs est comparable à ceux que l’on trouve chez d’autres insectes.
L’analyse automatisée initiale des deux génomes de fourmis n’a trouvé qu’environ 100 gènes pour les OR et dix GR. ”Nous savions que ces chiffres étaient faibles car les récepteurs olfactifs sont très difficiles à identifier », a déclaré Zhou. Ses collègues et lui ont donc conçu un nouveau processus bioinformatique automatisé à cet effet, combiné à une évaluation manuelle approfondie.
Les chercheurs ont également comparé les niveaux d’identité et d’expression des RUP chez les deux espèces et ont trouvé des différences significatives. Ce n’était pas surprenant car les deux espèces ont été sélectionnées pour refléter le haut niveau de diversité qui existe au sein de la famille des fourmis. Les fourmis charpentières vivent en grandes colonies avec des reines à longue durée de vie qui produisent tous les œufs fécondés. Il y a deux castes de travailleurs stériles. Quand la reine meurt, la colonie aussi. Les fourmis sauteuses, en revanche, vivent en petits groupes, la différence entre la reine et les ouvrières estlimitée, et certains travailleurs peuvent s’accoupler et pondre des œufs fécondés. ”Les différences de récepteurs sont très probablement associées à la différence de modes de vie des deux espèces », a déclaré Zhou.
De même, leur analyse a révélé des différences importantes dans les SRO dans les antennes des mâles et des femelles. Dans l’ensemble, ils ont constaté que les mâles n’ont qu’un tiers du nombre de RUP que les femelles expriment. ”Le rôle principal des mâles est la fécondation des œufs, nous supposons donc que les RUP que les mâles expriment et que les femelles ne le font pas sont probablement à l’écoute des phéromones produites par la reine », a déclaré Zhou.
L’équipe a également pris les premières mesures pour identifier les signaux chimiques déclenchant des RUP spécifiques. L’associé de recherche Jesse Slone a adapté un test que le groupe a initialement développé pour faire correspondre les RUP aux signaux chimiques du moustique du paludisme. Le test consiste à insérer le gène d’un récepteur dans les œufs de grenouille afin que les récepteurs soient exprimés à la surface de l’œuf. En câblant les œufs, puis en les exposant à différents composés chimiques, les œufs produisent un signal électrique mesurable lorsque le récepteur est activé.
Slone a utilisé ce test pour identifier les composés qui déclenchent une OU sur chacune des espèces de fourmis. Il a découvert qu’un composé aromatique présent dans l’anis déclenchait le bloc opératoire de la fourmi sauteuse qu’il testait. Les récepteurs ont été trouvés chez les hommes et les travailleurs. Étant donné que des études ont montré que l’huile d’anis a un effet répulsif et / ou insecticide sur certaines espèces d’insectes, le composé peut être un insectifuge général que celui-ci OU est conçu pour détecter, spécule Slone.
En comparaison, le bloc opératoire de la fourmi charpentière s’est avéré réagir à un odorant naturel présent dans le bœuf et le porc cuits. Les scientifiques ne savent pas pourquoi ce composé est pertinent pour les fourmis, mais ils ont établi que le récepteur spécifique est amélioré chez les travailleurs, par rapport aux mâles.
» Ce n’est que le début. Mais nous avons démontré que nous disposons des outils de base dont nous avons besoin pour agir en tant que ”détectives » pour cartographier l’espace odorant des fourmis et identifier les signaux chimiques qui déclenchent des comportements spécifiques dans le vaste répertoire des fourmis « , a déclaré Slone.
Cela représente l’ouverture d’une nouvelle voie de recherche majeure pour la recherche le laboratoire Zwiebel, qui s’est concentré sur un travail pionnier de déconstruction du système olfactif du moustique du paludisme. « Quand j’étais aux études supérieures, un groupe d’entre nous rêvait de déchiffrer le rôle que les gènes pourraient jouer dans le comportement social des fourmis. Je ne pouvais donc pas laisser passer cette opportunité quand elle s’est présentée. Cela a pris 30 ans, mais nous sommes enfin arrivés au point où nous pouvons réellement faire ces études. »
Le Professeur adjoint de Sciences biologiques Antonis Rokis, la professeure Shelley Berger à l’Université de Pennsylvanie, le Professeur adjoint Jürgen Liebig à l’Université d’État de l’Arizona, le Professeur assistant Anandasankar Ray à l’Université de Californie à Riverside et le professeur Danny Reinberg à l’Université de New York ont également contribué à l’étude, qui a été financée par le Howard Hughes Medical Institute.