Des reines fourmis qui défient la biologie : elles pondent des œufs qui éclosent en une autre espèce

• Les reines de fourmis moissonneuses ibériques (Messor ibericus) présentent un mode de reproduction unique qui leur permet de cloner non seulement leur propre espèce, mais aussi les mâles d’une autre espèce, la fourmi moissonneuse bâtisseuse (Messor structor)
• On suppose que la reine stocke le sperme de mâles d’une autre espèce, féconde ses œufs, puis élimine son propre matériel génétique, donnant ainsi naissance à des clones mâles de M. structor
• Au final, la reine produit des mâles de deux espèces, tandis que toutes les ouvrières sont des femelles hybrides issues de ces deux espèces, ce qui permet au nid de se maintenir
• Pour expliquer ce phénomène, les chercheurs proposent un nouveau terme, « xénoparité (xenoparity) », une découverte si radicale qu’elle pourrait amener à redéfinir la notion même d’espèce
• Une telle coopération procure à court terme un avantage aux deux espèces, mais les mâles clonés de M. structor pourraient accumuler des mutations et devenir vulnérables à long terme

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Une découverte qui ébranle la notion d’espèce

• La définition classique d’une espèce correspond à un groupe capable de se reproduire entre ses membres et de donner une descendance fertile
• Mais dans le cas de M. ibericus, le maintien du nid est impossible sans reproduction avec une autre espèce, ce qui remet en cause cette définition
• Des écologues soulignent que, « puisque les deux espèces doivent être réunies, il faut repenser la notion d’espèce »

Un mode de reproduction singulier

• Les reines M. ibericus s’accouplent avec des mâles M. structor puis stockent leur sperme pour l’utiliser ensuite
• Dans certains œufs, elles semblent éliminer leurs propres gènes afin de produire des clones mâles de M. structor
• La reine produit ainsi des mâles de deux espèces, et les ouvrières naissent toujours sous forme de femelles hybrides mêlant les deux espèces

Le déroulement de l’étude et les preuves

• Des colonies de M. ibericus ont été excavées sur un chemin agricole près de Lyon, en France, ce qui a permis de récupérer 132 mâles provenant de 26 colonies
• Les mâles presque dépourvus de poils ont été identifiés comme M. structor, tandis que les mâles plus velus ont été classés comme M. ibericus
• Les analyses ADN ont montré que les mâles des deux espèces partageaient l’ADN mitochondrial de M. ibericus, confirmant qu’ils avaient bien été mis au monde par la reine
• Les chercheurs ont baptisé ce phénomène « xenoparity » (xénoparité)
• Après deux ans d’observation de plus de 50 colonies de fourmis en laboratoire, l’équipe a directement observé la naissance de mâles M. structor

Contexte évolutif et questions ouvertes

• M. ibericus et M. structor sont deux espèces qui ont divergé il y a plus de 5 millions d’années et ne sont pas des parentes proches
• Cela correspond à une ancienneté comparable à la séparation entre l’être humain et le chimpanzé (il y a 6 à 8 millions d’années)
• Les scientifiques ne savent pas encore clairement pourquoi ce système se maintient, mais supposent que c’est parce qu’il profite aux deux camps

Bénéfices mutuels et risques

• Il s’agit probablement d’une relation symbiotique bénéfique aux deux espèces
• Du point de vue de M. ibericus :
  • disposer d’un nombre suffisant d’ouvrières (construction du nid, collecte de nourriture, élevage des larves, etc.)
  • pouvoir obtenir des mâles M. structor pour de nouvelles reines
• Du point de vue de M. structor :
  • l’espèce était à l’origine cantonnée à des zones montagneuses limitées, mais les mâles clonés ont permis une extension de son aire géographique
• Cependant, comme les mâles M. structor ne se reproduisent pas entre eux au sein de leur propre espèce et n’existent que sous forme de clones, ils risquent d’accumuler des mutations génétiques délétères avec le temps
• Pour l’instant, il s’agit d’une stratégie reproductive réussie dans le cadre d’une coévolution, mais sa viabilité à long terme reste incertaine

Conclusion

• Cette découverte démontre l’extrême diversité des stratégies de reproduction dont les fourmis sont capables
• Comme l’a résumé un chercheur, « on dirait qu’une espèce met l’autre dans sa poche et l’emmène à travers toute l’Europe » : ce système est étrange, mais à ce stade très efficace
• Cette découverte est considérée comme majeure, car elle oblige à repenser la notion d’espèce et les théories de l’évolution

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Avis Hacker News

• Si j’ai bien compris, ce qui est vraiment stupéfiant, c’est que la reine fourmi M. ibiricus s’accouple avec des mâles M. structor et utilise leur sperme pour produire des ouvrières hybrides stériles ; et ce qui est encore plus choquant, c’est que cette reine peut même parfois cloner pour son propre compte des mâles génétiquement identiques aux mâles M. structor — autrement dit, c’est comme si elle éliminait ses propres gènes et ne conservait que ceux d’un mâle avec lequel elle s’est accouplée auparavant pour créer un nouveau mâle
  • Si l’on considère sérieusement que les gènes sont la principale cible de l’évolution, alors les combinaisons de type « optimum de Pareto » dont différents gènes peuvent profiter finissent forcément par être trouvées par exploration aléatoire
  • C’est aussi cette partie qui m’a vraiment fasciné. Je ne comprends pas comment une reine fourmi peut cloner entièrement le mâle d’une autre espèce. En général, le sperme d’un mâle ne devrait contenir que la moitié du matériel génétique nécessaire à la reproduction, mais chez les fourmis, la détermination du sexe fonctionne différemment. D’après cette ressource, les mâles ont un seul jeu de chromosomes et les femelles en ont deux. Il semble donc qu’un seul spermatozoïde de fourmi mâle puisse suffire à produire un mâle complet. Et j’en comprends que cela fonctionne en fabriquant un ovule dont les gènes femelles ont été effacés, afin de cloner une descendance uniquement à partir des gènes du mâle
  • J’avais lu cette histoire ailleurs aussi, mais c’était tellement déroutant que je n’arrivais pas bien à la comprendre
  • Les fourmis sont vraiment l’un des sujets d’expérimentation favoris de la nature
  • En fait, comme les mâles fourmis sont « haploïdes » (ils n’ont qu’un seul jeu de chromosomes), ce n’est peut-être pas aussi étrange qu’on pourrait le croire. Cela reste néanmoins un phénomène incroyablement fascinant
• Les fourmis et les guêpes sont toutes deux des formes de vie d’une diversité et d’une capacité d’adaptation vraiment remarquables. Certaines espèces ont plusieurs reines, d’autres élèvent des pucerons, certaines construisent des nids gros comme des noix tandis que d’autres en font d’aussi grands que l’équateur. Certaines vivent même en parasites d’espèces hôtes bien précises. Il existe des fourmis qui réfléchissent le soleil du désert, des fourmis qui flottent sur l’Amazone, des « fourmis-réservoirs » pleines de liquide sucré, des fourmis mécaniques aux mâchoires surpuissantes, et d’autres qui forment des ponts avec leur propre corps. Les tromperies génétiques sont elles aussi sans fin, ce qui rend le monde vivant presque plus passionnant que la science-fiction. Si les créatures étranges et fascinantes vous intéressent, je recommande vraiment de plonger dans la myrmecology
  • Il me semblait que les guêpes avaient évolué à partir des fourmis, mais c’est peut-être l’inverse
• C’est un phénomène vraiment remarquable. Les insectes sociaux (fourmis, abeilles, etc.) montrent souvent des tendances étranges dans leur mode de détermination sexuelle. Moins de 1 % des individus d’une colonie peuvent se reproduire, et toute l’écrasante majorité restante n’existe que pour permettre la reproduction de ce 1 %. Les ouvrières acceptent l’automutilation, le sacrifice et même le suicide pour augmenter de ne serait-ce que 0,1 % les chances de survie de la reine. À ce niveau, il est utile de voir la colonie entière comme un seul organisme, car la notion d’individu devient floue

  • L’évolution non plus ne fonctionne pas vraiment au niveau des individus pris séparément, mais plutôt à celui des sous-groupes — sous-espèces ou populations de sous-espèces. Diverses variations génétiques s’accumulent au sein de sous-groupes qui échangent leur reproduction, puis lorsque l’environnement change fortement, les différences accumulées peuvent devenir décisives pour la survie. On peut penser par exemple aux éléphants de forêt et de savane, des groupes longtemps isolés qui ont évolué chacun de leur côté avant que des changements environnementaux n’aboutissent à des résultats différents. Les explications de biologie de lycée du type « la girafe au long cou survit mieux parce qu’elle mange mieux les feuilles » ont leur utilité, mais en pratique l’évolution se produit au niveau de l’ensemble du groupe ou de l’espèce. Tant qu’une variation individuelle n’est pas fatale, elle a peu d’effet

  • « il est utile de voir la colonie entière comme un individu »

    Je me demande s’il ne serait pas aussi possible de considérer chaque individu comme un être poursuivant un objectif commun

• Dire que la biologie est « défiée » n’est pas vraiment juste. Le concept même d’espèce est en réalité extrêmement flou et n’est qu’un outil humain de classification. Dans la nature elle-même, il n’existe pas vraiment de frontière nette ni de « couture »
  • La biologie elle-même n’est au fond qu’un ensemble de concepts définis par les humains. Dans le corps de l’article, il est dit ceci : « Le concept classique d’espèce veut qu’un groupe d’individus aux caractéristiques physiques et génétiques similaires puisse se reproduire naturellement entre eux ; or ici, deux espèces différentes sont nécessaires, ce qui oblige à repenser la notion d’espèce. » L’article ne parle pas de « coutures de la nature » ou de choses de ce genre
• D’un côté, cela paraît presque incroyable ; de l’autre, quand on pense aux multiples mécanismes étranges de la biologie, ce n’est pas si fou que ça. Par exemple, il pourrait s’agir d’un processus où l’on produit un ovule, on retire son noyau, puis on y insère le noyau d’un ou deux spermatozoïdes conservés pour lancer le développement par clonage (le mécanisme exact est encore à l’étude). À titre de comparaison, il existe aussi le champignon qui crée des fourmis zombies (Ophiocordyceps unilateralis) ou le parasitisme de couvée qui consiste à imiter les œufs d’autres oiseaux (Brood parasitism). En réalité, comparé à ce genre d’exemples, ce cas paraît presque moins délirant
• Discussion précédente : commentaires Hacker News associés
• Cela me fait souvent penser aux salamandres du genre Ambystoma. Elles sont toutes femelles et « volent » le sperme de mâles appartenant à 3 ou 4 espèces différentes pour se reproduire. En général, elles rejettent les gènes du mâle, mais elles les absorbent parfois et produisent alors des embryons possédant des jeux de chromosomes issus de plusieurs espèces. Leur descendance peut donc contenir les gènes de jusqu’à quatre espèces différentes. C’est un mode de reproduction vraiment fascinant
• Ce qui rend cette découverte particulièrement intéressante, c’est que dans le monde des fourmis, il est fréquent qu’une espèce ne puisse plus produire seule ses propres ouvrières et doive emprunter le sperme d’une autre espèce. Mais dans ce cas, comme elle dépend de la reproduction avec l’autre espèce, elle ne peut s’étendre qu’à l’intérieur de l’aire où cette espèce vit aussi. Si elle pouvait emmener avec elle les mâles de cette espèce voisine et se reproduire en continu, elle pourrait se répandre plus loin. C’est précisément ce que fait cette espèce. Quand la reine reçoit le sperme d’une espèce « domestiquée », les gènes de l’« hôte » (la reine) sont éliminés de l’œuf, et une fourmi totalement différente en sort. En revanche, l’ADN mitochondrial est toujours hérité de la mère. Les mâles « domestiqués » et les mâles « sauvages » ont une apparence légèrement différente, mais on ne sait pas encore clairement si cela est dû aux mitochondries. Quelqu’un a même décrit ce cas comme un « organite cellulaire d’un superorganisme » : de la même manière que des procaryotes ont englouti des bactéries pour devenir des eucaryotes, les fourmis auraient intégré une autre espèce et seraient devenues une sorte d’hybride. Quand on pense à toutes les autres stratégies de reproduction et de survie qui restent peut-être à découvrir, le monde paraît vraiment extraordinaire
• Le fait que la reine puisse pondre des œufs de trois types — femelles hybrides, mâles Ibiricus et mâles structor — est vraiment fascinant. Je me demande si un caryotypage a été réalisé, et si les gènes de la reine sont réellement éliminés de l’ovule, ou si, lorsque les gènes structor entrent en jeu, ceux de la reine sont simplement réduits au silence — ce qui serait déjà très intéressant en soi. Cela pourrait aussi relever d’un phénomène complexe de type « empreinte génomique »
  • On dirait une Zerg Queen dans la vraie vie
• Le monde des insectes est vraiment fascinant. La manière dont cet être vivant coexiste avec la nature est aussi extrêmement singulière. Sans les insectes, il n’y aurait pas de nature telle que nous la connaissons