Les insectes sociaux désobéissent aux principes évolutifs qui disent que les créatures investissent dans l’entretien ou la reproduction du corps, pas les deux. Les scientifiques veulent savoir comment les créatures le font.

Les petits animaux ne vieillissent généralement pas très longtemps. Puisqu’ils risquent toujours de devenir la collation rapide d’une autre créature, la meilleure façon de s’assurer que leurs gènes parviennent à la prochaine génération est d’avoir un lot de progéniture dès que possible. C’est certainement le cas des insectes qui, à quelques exceptions célèbres comme les cigales, ont souvent une durée de vie mieux exprimée en jours, semaines ou mois.

En revanche, les animaux comme les éléphants et les humains n’élèvent que quelques petits et ont des corps qui survivent pendant des décennies : si votre taille ou votre mode de vie vous offre une protection, vous pouvez vous permettre de prendre votre temps.

Ce modèle contrasté est si courant qu’il suggère que, comme l’élevage et l’entretien sont coûteux, les animaux ne peuvent tout simplement pas maximiser les deux. Par conséquent, plus un individu investit d’énergie et de nutriments dans la production de sa progéniture, plus il est susceptible de vieillir rapidement et plus sa durée de vie est courte.

Cependant, chez les insectes sociaux comme les termites, les fourmis, les abeilles et les guêpes, les reines semblent avoir trouvé un moyen d’obtenir leur gâteau et de le manger.

Dans de nombreuses colonies, les reines qui pondent des centaines d’œufs chaque jour peuvent survivre pendant des années, voire des décennies, tandis que les ouvrières qui n’ont jamais pondu d’œuf de leur vie mourront après quelques mois. Apparemment, ces espèces ont trouvé une voie qui permet à au moins certains d’entre eux d’échapper aux contraintes qui obligent les autres animaux à choisir entre la longévité et une nombreuse progéniture.

Il y a quelques années, une équipe internationale de biologistes a entrepris d’étudier comment les créatures le font, et bien qu’il reste encore beaucoup à apprendre, les premiers résultats du projet commencent à offrir des indices.

Les mouches des fruits donnent des indices sur le vieillissement

Les différences dans le code génétique ne peuvent pas expliquer la longévité inhabituelle des reines par rapport aux ouvrières. Toutes les ouvrières sont des filles de la reine, et dans de nombreux cas, n’importe laquelle de ces filles aurait pu devenir reine si elle avait reçu un traitement royal approprié en tant que larve.

Cette relation génétique étroite est la raison pour laquelle il est logique que les ouvrières passent leur vie à s’occuper de la reine et de sa progéniture, à entretenir et à protéger le nid de la colonie et à chercher de la nourriture. En gardant la reine en sécurité et en lui fournissant les ressources abondantes dont elle a besoin pour produire des œufs pour les années à venir, chaque ouvrière contribue à la propagation de ses propres gènes.

Et comme la reine est la seule dans une colonie à pondre des œufs, les colonies avec des reines à longue durée de vie sont susceptibles de grossir et d’envoyer plus de jeunes reines pour créer de nouveaux nids, ainsi que des mâles pour les fertiliser.

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En d’autres termes, selon de nombreux scientifiques, il doit y avoir eu une forte pression sélective pour maintenir la reine en vie le plus longtemps possible grâce à l’évolution du vieillissement tardif.

Mais comment y parvenir ? D’autres insectes offrent des indices possibles.

Il s’avère que certaines espèces peuvent faire pencher leur investissement dans l’entretien du corps et la reproduction dans un sens ou dans l’autre, selon les circonstances. Des études ont montré, par exemple, que lorsque les mouches des fruits Drosophile melanogaster est nourri avec un régime restreint, peut prolonger considérablement leur durée de vie, mais produira moins d’œufs.

Les chercheurs ont également montré que tout un réseau de gènes impliqués dans la détection de la présence de nutriments tels que les acides aminés et les glucides est responsable de cet effet. Lorsque la nourriture est rare, ce réseau transmettra des signaux qui retardent la reproduction tout en augmentant la longévité de l’animal et l’investissement dans des processus tels que la réparation des tissus, permettant peut-être à l’individu d’attendre des jours meilleurs. Certains scientifiques ont également montré que la durée de vie des mouches peut être prolongée lorsque certains des gènes clés impliqués dans ce réseau de détection des nutriments sont désactivés.

Ce travail sur la mouche des fruits suggère que le rythme de vieillissement n’est pas figé. Au lieu de cela, il peut être adapté dans une certaine mesure dans le cadre d’une stratégie évoluée pour investir les ressources de la meilleure façon possible : élever lorsqu’elles sont abondantes et entretenir lorsqu’elles ne le sont pas.

« Lorsque nous parlons des mécanismes du vieillissement, nous ne parlons généralement que de la façon dont les choses se détériorent », explique le biologiste évolutionniste Thomas Flatt de l’Université de Fribourg en Suisse, qui a principalement travaillé sur les mouches des fruits et est co-auteur de un article sur le vieillissement des insectes dans le Revue annuelle d’entomologie. « Ce que nous semblons souvent oublier, c’est le revers du vieillissement : les mécanismes clés qui ralentissent la détérioration. »

Faire pondre des œufs aux ouvrières

Les insectes sociaux pourraient-ils utiliser certains des mêmes gènes qui drosophile utilisé pour ajuster le taux de vieillissement, le cas échéant, pour retarder le vieillissement des reines ?

L’étude du vieillissement des reines est difficile, car il n’y a généralement qu’une seule reine dans chaque colonie, et il faut de nombreuses années, souvent des décennies, pour qu’elles vieillissent. Pour éviter cela, les chercheurs peuvent retirer la reine, ce qui oblige souvent certaines ouvrières à commencer à produire leurs propres œufs.

Cela ne convertit certainement pas complètement les ouvrières en reines, mais des expériences ont montré que cela se traduit par des avantages pour la santé similaires à ceux dont bénéficient les reines à longue durée de vie. Dans une étude publiée en 2021, par exemple, des chercheurs de l’Université de Caroline du Nord à Greensboro ont découvert que les abeilles ouvrières qui ont réactivé leurs ovaires étaient plus résistant à un virus qui peut causer des infections mortelles.

Les abeilles ouvrières aux ovaires actifs étaient également plus susceptibles de survivre à une injection de paraquat, un herbicide qui cause des dommages oxydatifs aux protéines, à l’ADN et à d’autres composants cellulaires. Les dommages de ce type sont également causés plus lentement par les déchets du métabolisme normal et sont largement considérés comme un contributeur majeur au vieillissement.

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Scientifiques de deux universités allemandes j’ai vu quelque chose de similaire chez les ouvrières de trois espèces de fourmis. Chez deux des espèces, la résistance au stress oxydatif a augmenté lorsque la reine a été retirée, doublant presque les chances que les ouvrières survivent au traitement au paraquat. Chez une de ces espèces, les ouvrières ont activé leurs ovaires en réponse. Dans l’autre, ils ne l’ont pas fait, mais dans ce cas, une durée de vie plus longue pourrait donner aux ouvrières le temps d’élever une nouvelle reine, explique Romain Libbrecht, biologiste de l’évolution à l’Université Johannes Gutenberg de Mayence, co-auteur de l’étude.

Leçons termites

Des indices sur les astuces anti-âge des insectes sociaux peuvent également être glanés auprès de diverses espèces de termites, des créatures qui sont essentiellement des cafards sociaux, explique la biologiste évolutionniste Judith Korb de l’Université de Fribourg en Allemagne.

Une des espèces de termites qu’il étudie, le termite des bois secs Cryptothermes, ne quitte jamais le nid, ne se cache que dans les arbres morts, se régalant du bois de l’intérieur. Les ouvrières n’ont pas à travailler très dur et à maintenir leur capacité à se reproduire, toujours prêtes à passer à autre chose et à essayer d’établir leur propre colonie ailleurs lorsque la nourriture vient à manquer.

Korb et ses collègues ont constaté que lorsque les ouvrières sont plus jeunes et ne se reproduisent pas, les gènes impliqués dans la lutte contre les dommages oxydatifs sont plus actifs. Mais à mesure qu’ils vieillissent et atteignent la maturité reproductive, l’activité de ces gènes décline : l’accent est désormais mis principalement sur la reproduction.

Chez cette espèce, les ouvrières peuvent vivre plusieurs années, tandis que les rois et les reines peuvent durer une décennie ou plus. Mais chez la plupart des autres espèces de termites, la structure sociale est plus compliquée et chez certaines espèces, les ouvrières sont complètement stériles et n’auront jamais la chance de pondre leurs propres œufs. C’est là que vous voyez de très grandes différences de durée de vie entre l’ouvrière et la reine.

« Ces ouvrières ne vivront souvent que quelques mois, alors que leurs rois et reines vivent très longtemps », explique Korb. Dans Macrotermes bellicosus, la plus grande espèce de termite connue, les reines peuvent vivre plus de 20 ans.

Ce n’est que lorsque les membres de la colonie perdent tout espoir d’avoir jamais leur propre progéniture, semble-t-il, « Vive la reine » devient vraiment le credo de la colonie.

Chaque insecte le fait différemment.

Pour essayer d’en savoir plus sur ce qui permet aux reines de vivre longtemps chez les insectes sociaux, une équipe de chercheurs comprenant Korb, Libbrecht et Flatt a décidé comparer les niveaux d’activité de divers gènes chez les termites, les fourmis et les abeilles – deux espèces de chaque. Au total, ils ont étudié 157 individus, dont des insectes de différents âges et de différentes castes.

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Sans surprise, l’équipe a découvert que les gènes connus pour jouer un rôle crucial dans la reproduction présentaient des modèles d’activité différents chez les reines que chez les ouvrières stériles. Certains de ces gènes, qui portent des instructions pour fabriquer des protéines appelées vitellogénines, étaient actifs chez les reines de toutes les espèces.

Le rôle principal des vitellogénines est de soutenir la production de jaune pour les œufs. Mais certains scientifiques soupçonnent que les vitellogénines peuvent faire plus que cela : chez les abeilles au moins, la recherche a montré que les vitellogénines fonctionnent également comme antioxydants. Si les vitellogénines font la même chose chez d’autres insectes sociaux, elles pourraient contribuer à la résistance de la reine à l’oxydation.

L’équipe a également trouvé des différences dans l’activité des gènes impliqués dans la prévention des dommages oxydatifs ou la réparation des dommages oxydatifs entre les reines et les ouvrières pondeuses par rapport aux ouvrières stériles. Mais les gènes précis impliqués différaient grandement d’une espèce à l’autre. Apparemment, chaque espèce a développé sa propre façon de garder ses reines en vie plus longtemps, explique Korb, qui a dirigé l’étude.

Les scientifiques ont également vérifié le réseau de gènes de détection des nutriments qui peuvent augmenter la durée de vie lorsqu’ils sont manipulés chez les mouches des fruits et n’ont trouvé aucun schéma évident entre les âges et les castes. Mais ils ont trouvé autre chose : des différences dans l’activité des gènes impliqués dans la production et les effets d’une substance appelée hormone juvénile, une molécule impliquée dans la réorganisation du corps de la plupart des insectes en cours de maturation.

Peut-être que la même hormone qui permet aux insectes de se développer en adultes peut également les aider à ralentir le vieillissement, spéculent les scientifiques. Mais là encore, la manière précise dont ces gènes juvéniles liés aux hormones ont été réglés vers le haut ou vers le bas variait d’une espèce à l’autre.

Pour Korb, cette variété quelque peu déroutante entre les espèces révèle une leçon importante sur la nature du vieillissement : il n’y a pas de bouton ou d’interrupteur qui permette à une espèce d’investir plus ou moins dans l’entretien ou la reproduction, mais plutôt tout un tableau d’entre eux qui est réglé en forme légèrement différente dans chaque espèce.

« L’arbitrage entre durée de vie et reproduction n’est clairement pas programmé, il est beaucoup plus flexible que les gens ne le pensaient », dit-elle. « Les espèces ont développé des solutions différentes », en fonction de leur propre environnement social et naturel.

Et s’il est évidemment utile de connaître quelques espèces d’un bout à l’autre, ces découvertes sont également un avertissement de ne pas supposer une ou deux créatures intensément étudiées, comme la célèbre mouche des fruits. Drosophile melanogaster – peut tout nous apprendre, dit Flatt. « Il existe une énorme diversité non découverte que nous ne connaissons même pas encore. »

Cet article est initialement paru sur
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