La découverte de Boy révèle une interaction plante-insecte très complexe

Lorsque Hugo Deans, huit ans, a découvert une poignée d’objets de la taille d’un BB gisant près d’un nid de fourmis sous une bûche dans son jardin, il a pensé qu’il s’agissait d’une sorte de graine. Son père, Andrew Deans, professeur d’entomologie à Penn State, a cependant immédiatement su de quoi il s’agissait – des galles de chêne ou des croissances de plantes déclenchées par des insectes. Ce qu’il n’a pas réalisé tout de suite, c’est que les galles faisaient partie d’une relation élaborée entre les fourmis, les guêpes et les chênes, dont la découverte bouleverserait un siècle de connaissances sur les interactions plantes-insectes.

Rétrospectivement, Hugo, aujourd’hui âgé de 10 ans, dit qu’il “pensait que c’étaient des graines, et je me sentais excité parce que je ne savais pas fourmis graines récoltées. J’ai toujours pensé que les fourmis mangeraient des restes de nourriture et des trucs autour de la maison. Puis je suis devenu plus excité quand [my dad] m’a dit que c’étaient des galles, parce que [my dad] était tellement excité. J’ai été surpris que les fourmis ramassent des galles parce que pourquoi feraient-elles cela ?”

Selon Andrew Deans, qui est également directeur du Frost Entomological Museum de Penn State, de nombreuses interactions plantes-insectes sont bien documentées. Par exemple, on sait depuis longtemps que la plupart des espèces de guêpes “cynipides” induisent chênes pour produire des galles protectrices – ou excroissances – autour de leurs larves pour assurer la sécurité de leur progéniture en développement. De plus, certaines plantes, dont la sanguinaire (Sanguinaria canadensis), une fleur sauvage originaire d’Amérique du Nord, produisent des appendices comestibles, appelés elaiosomes, sur leurs graines pour attirer les fourmis, qui dispersent ensuite les graines en les ramenant à leurs nids. Ce dernier exemple est appelé “myrmécochorie” – ou dispersion des graines par les fourmis.

“Dans la myrmécochorie, les fourmis se nourrissent un peu lorsqu’elles mangent les élaïosomes, et les plantes voient leurs graines dispersées dans un espace sans ennemi”, explique Deans. “Le phénomène a été documenté pour la première fois il y a plus de 100 ans et est couramment enseigné aux étudiants en biologie comme exemple d’interaction plante-insecte.”

La nouvelle recherche de l’équipe – initiée par la découverte par Hugo de galles situées près d’un nid de fourmis – a révélé un type de myrmécochorie beaucoup plus complexe, qui combinait l’interaction guêpe-galle de chêne avec l’interaction appendice comestible-fourmi.

“Tout d’abord, nous avons observé que, bien que ces galles contiennent normalement un” capuchon “charnu rose pâle, les galles près du nid de fourmis n’avaient pas ces capuchons, ce qui suggère qu’elles ont peut-être été mangées par les fourmis”, explique Deans. “En fin de compte, cela nous a amenés à découvrir que les guêpes biliaires manipulent les chênes pour produire des galles, puis franchissent une autre étape et manipulent les fourmis pour récupérer les galles dans leurs nids, où les larves de guêpes peuvent être protégées des prédateurs des galles ou recevoir d’autres avantages. l’interaction à plusieurs niveaux est époustouflante ; il est presque difficile de s’y retrouver.”

Les découvertes de l’équipe publiées dans la revue naturaliste américain.

Enquêter sur l’interaction

Pour mieux comprendre l’interaction, les chercheurs ont mené une série d’expériences sur le terrain et en laboratoire. Tout d’abord, pour déterminer si, comme les eliaosomes, les calottes biliaires du chêne – que les chercheurs ont nommées kapéllos (grec pour “bouchon”) – étaient effectivement comestibles et attirantes pour les fourmis, l’équipe a directement observé des galles de chêne dans des colonies de fourmis à l’état sauvage dans l’ouest de la Nouvelle-Zélande. York et le centre de la Pennsylvanie. De plus, ils ont installé des caméras vidéo pour capturer d’autres interactions animal/galle. Aux deux endroits, ils ont vu des fourmis transporter des galles vers leurs nids. Dans les nids, tous les chapeaux comestibles ont été retirés, tandis que les galles elles-mêmes sont restées intactes.

Dans une deuxième série d’expériences visant à déterminer si les kapéllos fonctionnaient de la même manière que les élaiosomes, les chercheurs ont étudié la préférence des fourmis pour les galles de chêne par rapport aux graines de sanguinaire. Ils ont mis en place des stations d’appât de graines/galles et ont observé que les fourmis retiraient le même nombre de graines et de galles, ce qui ne suggère aucune différence dans la préférence des fourmis.

Ensuite, les scientifiques ont mené une expérience en laboratoire pour déterminer si les fourmis collectaient des galles en raison de leurs kapéllos nutritifs. Ils ont mis en place trois traitements en boîte de Pétri – contenant des galles entières, des corps de galles avec des kapéllos enlevés ou des kapéllos avec des corps de galles enlevés – ainsi qu’une boîte de contrôle contenant un type différent de galle qui n’avait pas d’appendice comestible. Ils ont introduit des fourmis dans les boîtes de Pétri. Ils ont constaté que l’intérêt des fourmis ne différait pas entre les galles témoins et les galles de traitement sans kapéllo, qui manquaient toutes deux de composants comestibles. En revanche, l’intérêt des fourmis était plus grand pour les galles avec des kapéllos intacts et pour les kapéllos seuls que pour les galles témoins.

“Nous avons montré que les galles avec capuchons étaient beaucoup plus attrayantes pour les fourmis que les galles sans capuchons et que les capuchons en eux-mêmes étaient également attrayants pour les fourmis”, explique John Tooker, professeur d’entomologie. “Cela suggère que les bouchons doivent avoir évolué comme un moyen d’attirer les fourmis.”

Enfin, l’équipe a demandé : “Qu’y a-t-il dans les kapéllos qui les rendent si attrayants pour les fourmis ?” Selon Tooker, la chimie des élaïosomes est bien étudiée et connue pour contenir des acides gras nutritifs. Par conséquent, l’équipe a comparé les compositions chimiques des kapéllos à celles des élaiosomes et a découvert que les kapéllos contenaient également des acides gras sains.

“Les acides gras qui sont abondants dans les calottes biliaires et les éliosomes semblent imiter les insectes morts”, explique Tooker. “Les fourmis sont des charognards qui essaient de trouver et de saisir tout ce qu’il convient de ramener dans leur colonie, ce n’est donc pas un accident si les calottes biliaires et les élaiosomes contiennent tous les deux des acides gras typiques des insectes morts.”

Lequel est arrivé en premier ?

La dernière question, et selon les chercheurs, la plus intrigante, l’équipe s’est posée : “Qu’est-ce qui est venu en premier dans le temps de l’évolution ? L’interaction elaiosome ou l’interaction biliaire ?”

“Étant donné que la myrmécochorie a été décrite il y a plus d’un siècle et a été bien étudiée et enseignée dans les écoles, on pourrait supposer que l’interaction elaiosome est venue en premier, mais cette hypothèse peut être fausse pour plusieurs raisons”, déclare Robert J. Warren II, professeur de biologie, SUNY Buffalo State.

L’une des raisons, a-t-il expliqué, est que les plantes myrmécochores, comme les sanguinaires, ne représentent qu’un très petit pourcentage de tous les les espèces végétales et, par conséquent, peuvent ne pas fournir suffisamment de ressources alimentaires pour conduire sélection naturelle chez les fourmis. Les galles de chêne, cependant, sont largement abondantes. En fait, dit Warren, ils étaient autrefois si abondants qu’ils étaient régulièrement utilisés pour engraisser le bétail.

“Si ces galles étaient si abondantes et avaient développé cette tactique de croissance de ce chapeau il y a des milliers d’années, cela aurait pu être un puissant moteur de sélection naturelle chez les fourmis”, explique Warren. “Il se peut que les fourmis aient longtemps été habituées à ramasser des galles avec des capuchons, puis lorsque les fleurs sauvages du printemps ont commencé à produire des graines qui avaient un appendice comestible, les fourmis étaient déjà prédisposées à ramasser des choses avec un appendice d’acide gras.”

Deans a noté que l’équipe a récemment reçu une subvention pour mener des travaux phylogénétiques afin d’étudier plus avant laquelle de ces interactions est arrivée en premier dans le temps de l’évolution.

“Comprendre comment ces interactions ont évolué et comment elles fonctionnent aide à démêler un peu plus la complexité de la vie sur Terre”, dit-il.

Sur ce que cela fait de contribuer à une découverte aussi importante, Hugo déclare : « Je parie que d’autres enfants ont fait des découvertes similaires mais n’ont jamais su à quel point elles pourraient être importantes. Je me sens vraiment heureux et fier de savoir que j’ai fait partie d’une découverte scientifique importante. C’est bizarre de penser que le simple fait que des fourmis collectent ce que je pensais être des graines était en fait une percée scientifique importante.”

Lorsqu’on lui demande s’il veut être entomologiste comme son père quand il sera grand, étant donné qu’il a déjà fait sa première découverte scientifique, Hugo répond “pas vraiment. Je veux être différent… unique… quand je serai grand”. ”