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L'étonnant déterminisme du sexe chez les fourmis

Dossier - Fourmi : les secrets de la fourmilière
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Elles sont plusieurs millions de milliards et ont colonisé presque toutes les régions de la planète : les fourmis, avec leur organisation similaire aux sociétés humaines, montrent que l'union fait la force. Découvrez tous les secrets de ces insectes sociaux.

  
DossiersFourmi : les secrets de la fourmilière
 

Chez les fourmis, le déterminisme du sexe est particulier. On rencontre par exemple des pontes issues de parthénogenèses, quand d'autres fourmis naissent d'une reproduction sexuée. 

Pseudomyrmex apache. © Insects Unlocked - CC BY-NC 2.0
Femelles sexuées ailées de Pheidole pallidula les futures reines élevées par des ouvrières. Dans quelques jours, elles s'envoleront pour s'accoupler, perdre les ailes et fonder de nouvelles sociétés. © Luc Passera

Pendant plusieurs années, la jeune fourmilière de la fourmi des jardins va produire exclusivement des ouvrières. Cette « task force » lui permet d'étendre son domaine vital, de conquérir de nouvelles sources alimentaires au besoin en repoussant des sociétés concurrentes dont l'effectif est plus faible.

Quand elle est assez peuplée et parvenue à maturité, la société peut réaliser son but ultime : produire des reproducteurs mâles et femelles afin de disséminer un maximum de reines ailées susceptibles de fonder autant de nouvelles sociétés. L'évolution conduit les fourmis, comme les autres organismes, à disséminer au maximum leurs gènes.

Déterminisme du sexe : œufs vierges et œufs fécondés

Le déterminisme du sexe chez les fourmis est très différent de celui que nous connaissons chez les vertébrés. Ici, pas de chromosomes X ou Y. La reine pond deux sortes d'œufs. Elle peut à volonté ouvrir ou fermer sa spermathèque, donc laisser passer ou non des spermatozoïdes.

Dans le premier cas, les œufs sont fécondés et possèdent deux jeux de chromosomes, l'un transmis par la reine, l'autre par le mâle. Ces œufs diploïdes sont à l'origine de tous les individus femelles, qu'ils soient des reines ou des ouvrières.

Dans le second cas, les œufs sont vierges. Ils ne contiennent qu'un jeu de chromosomes transmis par la mère. Ils sont à l'origine des mâles de la société. C'est donc la reine qui est responsable du sexe de ses enfants. Lors de la fondation, la reine se garde bien d'émettre des œufs vierges à développement mâle. Pour réussir son entreprise elle a besoin du plus grand nombre d'ouvrières ce qui l'amène à ne pondre que des œufs fécondés. Dans des circonstances particulières, il arrive que les ouvrières pondent. Puisqu'elles ne sont pas fécondées, elles émettent des œufs vierges donc à devenir mâle.

Déterminisme du sexe et de la caste d'une fourmi. © D. Gourdin

Ce déterminisme du sexe qualifié d'haplodiploïde fournit donc des mâles qui n'ont pas de père puisqu'ils sont produits par une parthénogenèse arrhénotoque. Comme toutes les règles, celle-ci connaît des exceptions rocambolesques.

Les cas insolites de la reproduction des fourmis

En matière de sexualité les fourmis ne connaissent pas de limites. Les fourmis méditerranéennes Cataglyphis cursor ont bien des fils sans père mais les jeunes reines sont aussi le fruit d'une parthénogenèse royale que l'on qualifie de thélytoque. La reproduction sexuée est utilisée uniquement pour produire les ouvrières.

 Wasmannia auropuntata, fourmis chez qui les reines sont issues d'une parthénogenèse. © April Nobile Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license

Il y a mieux encore. Chez une fourmi de l'Amérique du Sud, Wasmannia auropuntata, les nouvelles reines sont aussi issues de la ponte parthénogénétique de leur mère. Mais ici les mâles sont issus d'un œuf fécondé. Seulement dans cet œuf, le matériel génétique transmis par la mère dans l'ovule disparaît. Il ne reste que le matériel génétique apporté par le spermatozoïde, donc par le père. Autrement dit, les mâles de cette fourmi sont les clones de leur père. Voici donc une fourmi dont les reines sont les clones de leur mère et les mâles les clones de leur père. Seules les ouvrières sont issues d'une reproduction sexuée utilisant le matériel génétique de la maman et du papa. Vous suivez ? Parce qu'il y a encore plus extravagant chez la fourmi champignonniste Mycocepurus smithii. Plus extravagant mais très simple.

Chez Mycocepurus smithii, la reproduction n'est jamais sexuée. © April Nobile Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license

Chez cette espèce le mâle a disparu au cours de l'évolution. La reine pond donc des œufs obligatoirement vierges se développant par parthénogenèse thélytoque. Les uns donneront de nouvelles reines alors que les autres évolueront en ouvrières. En supprimant la reproduction sexuée, on ne peut faire plus simple.

Et le déterminisme des reines ?

D'une manière générale, les futures reines et les ouvrières sont produites à partir d'œufs fécondés absolument semblables. Toutes les larves femelles nées d'un même père et d'une même mère ont le même génome. C'est au cours du développement larvaire que certaines larves s'orientent vers la voie ouvrière et d'autres vers la voie royale. L'explication la plus souvent retenue est que l'alimentation donnée aux immatures par les ouvrières nourrices peut varier d'une larve à l'autre, provoquant l'expression de gènes différents responsables par exemple de l'apparition des ailes.

La cause première serait donc à rechercher dans des facteurs environnementaux. Outre la quantité et la qualité de l'aliment donné aux larves, on peut aussi suspecter la température subie par les larves soumises ou non à une hibernation, ou encore des facteurs émanant de la reine. Toutefois l'existence d'un facteur génétique semble bien présent dans certains cas. Certaines reines sont fécondées par plusieurs mâles. Les filles d'une fourmilière sont alors des demi-sœurs (même mère, mais père différent). Certaines lignées semblent évoluer plus facilement vers la voie royale et d'autres vers la voie ouvrière. Au total il pourrait bien exister un continuum tant les espèces de fourmis sont nombreuses. D'un déterminisme purement environnemental, on pourrait passer progressivement à un déterminisme strictement génétique avec tous les intermédiaires possibles.