Comment les guêpes ouvrières équilibrent spécialisation et plasticité

Une équipe internationale de biologistes et de physiciens théoriciens de Dresde (Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems), de Cambridge, au Royaume-Uni (Babraham Institute) et d’Athènes (BSRC “Alexander Fleming”) s’est attaquée à ce paradoxe en utilisant des expériences sur des guêpes à papier. Les guêpes papier sont des insectes sociaux qui affichent une division sociétale du travail, certains insectes se spécialisant dans la recherche de nourriture et d’autres tâches (travailleurs) tandis qu’un seul insecte devient la reine spécialisée dans la production de progéniture.

Si cette division du travail reste stable pendant toute la durée de vie de la reine, lorsque la reine est retirée du nid ou meurt, les ouvrières restantes peuvent rapidement changer de comportement et établir une nouvelle reine. En raison de ce comportement, les guêpes cartonnières servent de terrain d’essai expérimental pour étudier la plasticité biologique.

Durant excursions dans l’habitat naturel des guêpes au Panama, les scientifiques ont mené des expériences où ils ont retiré la reine des sociétés de nidification, puis ont mesuré comment les ouvrières restantes rétablissent une nouvelle reine.

Dans ces expériences, la recherche a combiné différents outils expérimentaux tels que des enregistrements vidéo et un profilage moléculaire détaillé du cerveau des insectes pour suivre ce processus simultanément à des échelles spatiales très différentes d’organisation biologique afin d’étudier l’interaction entre les processus moléculaires et les interactions sociétales.

“Utilisant insectes sociaux étudier la plasticité nous a donné l’occasion unique de relier les processus moléculaires, individuels et sociétaux au fil du temps au niveau des insectes individuels, ce qui n’est pas faisable lors de l’étude des cellules dans les tissus de mammifères », explique le Dr Solenn Patalano qui a mené les expériences.

En utilisant la théorie, les chercheurs, dirigés par le Dr Steffen Rulands, ont ensuite démêlé les différents processus qui conduisent à l’établissement d’une société stable et la capacité des travailleurs à établir une nouvelle reine. Ils ont trouvé que guêpes de papier contrebalancer l’expression des gènes qui établissent un comportement de reine avec des combats agressifs qui répriment les mêmes gènes.

Leurs calculs ont montré que cela permet à ces sociétés de distinguer différents types de perturbations affectant le nid : les perturbations intrinsèques affectent les insectes indépendamment les unes des autres et elles sont activement supprimées par la société. Les perturbations extrinsèques affectent l’ensemble de la société et la société réagit plastiquement.

“Il est fascinant de voir comment ces sociétés parviennent à combiner des processus se produisant à des échelles d’ordre de grandeur différentes afin de surmonter un paradoxe apparent”, explique Adolfo Alsina, qui a réalisé le travail théorique. Les connaissances acquises auprès des insectes sociaux pourraient à l’avenir être appliquées pour comprendre la plasticité dans d’autres systèmes biologiquescomme la reprogrammation de cellules en cellules souches dans les thérapies régénératives.

La recherche a été publiée dans Systèmes cellulaires.

Fourni par Centre de recherche en sciences biomédicales Alexander Fleming