Les cerveaux des fourmis révèlent comment l’évolution a transformé la faim en parentalité
Pour une grande partie de l’histoire évolutive, de nombreux animaux se sont reproduits puis ont laissé leurs descendants survivre seuls. Une étude publiée dans Nature propose une explication possible de la manière dont le soin parental a émergé de ces débuts non parentaux.
En étudiant les fourmis raiders clonales, les chercheurs ont découvert que l’évolution n’a peut-être pas créé de nouveaux systèmes cérébraux pour produire un comportement parental. Au lieu de cela, il semble qu’elle ait adapté des voies neuronales anciennes qui régulaient à l’origine la faim et l’alimentation, leur donnant un nouveau rôle dans le soin social. Les fourmis et les mammifères utilisent des systèmes de signalisation cérébrale liés qui aident à contrôler le soin parental. De plus, les fourmis changent leurs rôles sociaux en vieillissant, ce qui en fait un modèle utile pour étudier l’évolution de la parentalité et les changements de comportement au fur et à me que le cerveau vieillit. Ces résultats pourraient éventuellement offrir des indices sur des processus similaires chez les mammifères, y compris les humains.
Daniel Kronauer, responsable du Laboratoire d’Évolution Sociale et de Comportement à Rockefeller, déclare : « Notre travail est un exemple parfait de la manière dont l’évolution n’invente que rarement des choses à partir de zéro. L’évolution prend ce qu’elle a et travaille avec, parfois de manière très surprenante. »
La parentalité se manifeste sous de nombreuses formes dans le règne animal. Les mammifères nourrissent leurs petits avec du lait, les oiseaux protègent et entretiennent les nids, et les fourmis s’occupent des larves en développement. Les scientifiques se sont longtemps demandé comment de tels comportements de soin complexes ont évolué à partir d’ancêtres qui offraient peu ou pas de soin. Une idée dominante est que l’évolution a réutilisé des systèmes biologiques déjà existants. Des recherches antérieures chez les mammifères ont suggéré que certains neuropeptides, qui sont de petites molécules utilisées par le cerveau pour communiquer, pourraient avoir changé de fonction, passant de la régulation de la faim à l’encouragement du comportement parental.
Démontrer cette connexion a été difficile. Les mouches des fruits et les vers ronds, deux animaux largement utilisés dans la recherche en neurosciences, ne s’occupent pas de leur progéniture. Les souris, en revanche, fournissent des soins parentaux étendus, et les scientifiques ont identifié plusieurs neuropeptides impliqués dans ce comportement, mais le cerveau de la souris est très complexe.
L’équipe de Kronauer a découvert que certains mécanismes neuromodulateurs impliqués dans le soin parental se chevauchent chez les fourmis et les souris, ce qui rend les fourmis potentiellement précieuses comme modèle de recherche. Le cerveau d’une fourmi contient environ 60 000 cellules, contre environ 100 millions dans le cerveau d’une souris, permettant ainsi aux scientifiques d’étudier les circuits sous-jacents en détail et à un rythme plus rapide.
Les chercheurs ont créé un système comportemental automatisé qui plaçait des fourmis individuelles avec des larves individuelles. Ce dispositif a permis à l’équipe de surveiller des centaines d’interactions de soin. Ils ont ensuite identifié et synthétisé de nombreux messagers chimiques trouvés dans le cerveau des fourmis. Chaque molécule a été testée pour déterminer si elle modifiait le comportement de soin des fourmis.
Les colonies de fourmis ont une division du travail stricte qui dépend fortement de l’âge. Les jeunes fourmis restent généralement à l’intérieur du nid pour s’occuper des larves, tandis qu’en vieillissant, elles sont plus susceptibles de quitter le nid pour chercher de la nourriture.
Les chercheurs ont souhaité comprendre comment des changements dans la chimie cérébrale contrôlent cette transition. Ils ont étudié où les molécules les plus prometteuses étaient produites, comment leurs niveaux changeaient au cours de la vie d’une fourmi, et ce qui se passait lorsque l’activité de ces molécules était augmentée ou réduite. L’équipe a également comparé des fourmis nourries avec des fourmis privées de nourriture, ce qui a permis de tester si les signaux impliqués dans le soin parental étaient toujours liés aux circuits alimentaires anciens dont ils pourraient être issus.
Les résultats ont montré que le soin parental chez les fourmis reste étroitement lié aux systèmes cérébraux qui régulent la faim. Deux molécules de signalisation semblent influencer le comportement dans des directions opposées, selon l’âge et l’état interne de la fourmi. Le neuropeptide F (NPF) encourageait les fourmis à s’occuper des larves, tandis que l’allatostatine A (AstA) les rendait plus susceptibles de quitter les larves pour commencer à chercher de la nourriture.
Les jeunes fourmis avaient naturellement des niveaux plus élevés de NPF et des niveaux plus bas d’AstA dans des zones importantes du cerveau. Les fourmis plus âgées montraient le schéma inverse, correspondant à leur progression normale, passant de l’allaitement des larves à l’extérieur du nid à la recherche de nourriture. Lorsque les chercheurs modifiaient l’activité de l’une ou l’autre molécule, le comportement des fourmis changeait, démontrant que les neuropeptides n’étaient pas seulement associés au soin parental, mais pouvaient influencer activement si une fourmi s’occupait des larves ou recherchait de la nourriture.
Les mêmes molécules réagissaient également à la faim, tout comme des signaux apparentés le font chez les mammifères. Les fourmis affamées développaient des niveaux plus élevés de NPF et des niveaux plus bas d’AstA, les faisant se comporter davantage comme des soignantes. Une fois nourries, l’équilibre chimique s’inversait, les rendant moins concentrées sur le soin des larves et plus encline à rechercher de la nourriture.
Les résultats soutiennent l’idée que le soin parental a évolué en adaptant des systèmes cérébraux déjà responsables de la recherche et de la consommation de nourriture. Plutôt que d’inventer le soin à partir de rien, l’évolution a peut-être élargi le comportement alimentaire, motivant ainsi les animaux à fournir de la nourriture à leurs descendants ainsi qu’à eux-mêmes.
Les chercheurs prévoient maintenant d’identifier les circuits neuronaux spécifiques affectés par le NPF et l’AstA. Cartographier ces voies pourrait révéler comment les signaux chimiques sont traduits en comportement de soin. Les mammifères semblent utiliser certains des mêmes neuropeptides lorsqu’ils s’occupent de leurs jeunes. Comparer les circuits pertinents chez les fourmis et les mammifères pourrait donc aider les scientifiques à découvrir une stratégie biologique partagée pour la parentalité qui s’étend à travers des branches largement séparées du règne animal.
Les fourmis raiders clonales pourraient également être utiles pour étudier le vieillissement cérébral. Leur transition prévisible de soignantes à chercheuses de nourriture pourrait également aider les chercheurs à examiner comment le vieillissement sain modifie le cerveau et le comportement. La recherche sur le vieillissement se concentre souvent sur des troubles graves qui apparaissent tard dans la vie. Les scientifiques savent beaucoup moins sur les changements progressifs qui se produisent dans un cerveau sain au cours de la durée de vie normale d’un individu.
Étant donné que les changements de comportement liés à l’âge sont essentiels à l’organisation de la colonie, les fourmis offrent un système naturel pour étudier comment la chimie cérébrale redessine les rôles sociaux au fil du temps. Les chercheurs estiment que des mécanismes chimiques similaires pourraient également influencer les changements comportementaux liés à l’âge chez d’autres animaux.
Cette étude met en lumière les dynamiques centrales à l’organisation sociale des fourmis et souligne l’importance d’explorer comment les neuromodulateurs peuvent produire des changements de comportement dépendants de l’âge, un phénomène qui pourrait également se produire chez d’autres espèces, y compris les humains.
Source : Nature
