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Les fourmis champignonnistes cultivent aussi des bactéries

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Les fourmis champignonnistes sont connues pour être de fines agricultrices produisant des champignons, leur nourriture, dans des nids souterrains. À l'inverse de beaucoup d'herbivores, leur survie semblait s'être affranchie de toute symbiose avec des bactéries, mais il n'en est rien. À la lueur des nouveaux résultats, ces fourmis semblent dépendre de l'association qu'elles entretiennent avec les mycètes et des entérobactéries. Le duo gagnant serait en réalité un trio...

Ces fourmis champignonnistes rapportent les débris de feuilles à la colonie. Ces morceaux ont été préparés par des ouvrières spécialisées dans le conditionnement des végétaux pour le transport. © Alejandro Soffia Vega, Flickr, CC by-nc-nd 2.0
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Les fourmis champignonnistes, ou coupe-feuilles, sont de petits insectes rouges vivant sur le continent américain, bien au chaud sous les tropiques. Ne pouvant dégrader la cellulose, elles sont devenues de véritables agricultrices cultivant des jardins de champignonsLeucoagaricus gongylophorus, souterrains. Ceux-ci survivent en dégradant des débris végétaux apportés par les fourmis.  

Les liens unissant les fourmis champignonnistes et les mycètes sont connus depuis 1874. Contre toute attente, ce duo gagnant pourrait être un trio. Il existe en effet une communauté dont le rôle a souvent été négligé jusqu'à la fin des années 1990 : les bactéries. Leur fonction au sein des colonies de coupe-feuilles est un sujet de polémique. Pour certains, elles seraient impliquées dans la digestion de la cellulose, fournissant ainsi une aide précieuse aux champignons. Pour d'autres, elles seraient utilisées comme symbiontes par les fourmis pour se nourrir directement à partir des feuilles. Mais qu'en est-il vraiment ?

Une équipe multidisciplinaire menée par Frank Aylward de l'université du Wisconsin-Madison a souhaité clore la polémique. En prélevant des communautés de bactéries, ils ont étudié leurs gènes et caractérisé les protéines produites. Leurs résultats viennent de paraître dans la revue ISME Journal. Ils ont trouvé des gènes impliqués dans la dégradation de la cellulose, mais pas seulement. D'autres séquences de nucléotides ou protéines sont impliquées dans des voies métaboliques permettant de produire des nutriments, des acides aminés et ou encore de la vitamine B5 à destination des fourmis ou peut-être des champignons. Leur présence serait aussi importante pour la colonie que celle des mycètes.

Le nid des fourmis champignonnistes se compose de nombreuses chambres interconnectées, lui donnant l'apparence d'une éponge. Certaines colonies peuvent s'étendre sur une surface de 600 m2. © Jarrod J. Scott, University of Wisconsin-Madison

Des jardins de champignons et… de bactéries

Les scientifiques ont réalisé des prélèvements de feuilles, de champignons, d'insectes et de bactéries dans des nids appartenant à deux espèces de fourmis différentes : Atta colombica et Atta cephalotes. Tous les gènes de procaryotes ont été séquencés (soit 1,2 million de paires de bases) et comparés à une banque de données. Cette technique a permis d'une part de caractériser toutes les espèces en présence et, d'autre part, de voir les processus métaboliques que peuvent exécuter ces organismes. Les protéines produites ont également été étudiées grâce à l'utilisation d'un spectromètre de masse.

Plus d'une espèce de bactérie sur deux est une entérobactérie. Elles appartiennent principalement aux genres EnterobacterPantoeaKlebsiellaCitrobacter et Escherichia. Elles sont capables de dégrader des sucres simples par fermentation. Les animaux, dont les mammifères, hébergent également ces genres à l'intérieur de leurs intestins.

L'analyse des protéines fournit aussi des résultats intéressants. Plusieurs d'entre elles sont impliquées dans des processus spécifiques d'importance. Elles permettent notamment de rompre les sucres complexes rendant les plantes solides et difficilement dégradables, ou de transporter les glucides simples utilisés comme source énergétique. Une troisième catégorie de protéines est adaptée à la production d'acides aminés, ces éléments de base des polypeptides. Des molécules permettant la synthèse de vitamine B5 ont également été mises en évidence. Or, ce composé est impliqué dans la dégradation des protéines, des glucides et des graisses. Elle permet aussi de produire de l'énergie à partir de ces nutriments. Seul 0,2 à 0,6 % des bactéries trouvées pourrait être capable de digérer la cellulose.

Les jardins de champignons seraient donc composés de plusieurs communautés, mycètes et bactéries, ayant pour objectif de produire des nutriments à destination des fourmis ; mais en est-on bien sûr ? Les champignons pourraient également profiter de l'action des procaryotes. Pour répondre à cette question, de nouvelles études métaprotéomique et métagénomique vont être réalisées sur les mycètes.

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