L’exceptionnel odorat des fourmis étonne les scientifiques

Une communication chimique remarquablement développée expliquerait le succès évolutif des fourmis. Ces insectes posséderaient en outre un odorat particulièrement fin grâce à un nombre exceptionnellement élevé de récepteurs olfactifs. Pour le démontrer, des essais vont être menés... sur des œufs de grenouilles.

Les fourmis carpenter Camponotus floridanus forment de grandes colonies dans du bois mort. Elles dépérissent totalement lors du décès de la reine. © bob in swamp, Flickr, CC by-nc-sa 2.0 

Les fourmis intriguent depuis toujours un grand nombre de passionnés. Les raisons sont nombreuses. Ce petit arthropode établit par exemple des colonies hautement spécialisées au sein desquelles le travail est distinctement partagé entre les individus. Par ailleurs, ces insectes peuvent se reconnaître après avoir établi un contact physique grâce à leurs antennes, la rencontre avec un « étranger » donnant parfois lieu à d'âpres combats. Cette information démontre un point souligné par plusieurs études : les fourmis savent prendre des décisions, parfois complexes, individuellement. La réussite de ce groupe reposerait en grande partie sur une communication chimique particulièrement bien développée.

Comme chez la majorité des insectes, les signaux chimiques émis dans l'environnement peuvent être perçus par trois types de structures localisées sur les antennes. Les récepteurs olfactifs (OR) sont sensibles aux phéromones et aux odeurs. Ils représentent le groupe dominant. Les récepteurs gustatifs (GR) détectent également les phéromones, mais ils interviennent surtout dans le sens du goût. Les récepteurs ionotropiques (IR), dont la découverte est récente, ressemblent aux synapses neuronales sensibles au glutamate, un neurotransmetteur. Ils détecteraient des aminobutanes.

Voici près de 30 ans que Laurence Zwiebel de la Vanderbilt University (États-Unis) se demande si l'extraordinaire succès des fourmis ne reposerait pas aussi sur un odorat particulièrement bien développé. Les études génétiques qu'il a dirigées viennent de lui donner raison. Les fourmis posséderaient, selon un article paru dans Plos Genetics, 4 à 5 fois plus de récepteurs olfactifs que la plupart des autres insectes.

Photographie de l'extrémité d'une antenne d'Harpegnathos saltator réalisée au microscope électronique à balayage. Les cils correspondent à des sensilles (organes sensoriels portés par les insectes). Ils interviennent dans les sens du goût, du toucher et de l'odorat. © Anandasankar Ray 

L’odorat des fourmis révélé par le génome

Les génomes complets de deux espèces de formidés, Camponotus floridanus et Harpegnathos saltator, ont été totalement séquencés en 2010. Un procédé automatique a permis d'y retrouver toutes les informations génétiques codant pour des récepteurs antennaires. Les premiers résultats, dont la découverte de 100 gènes d'OR et de 10 gènes de GR chez Camponotus floridanus, ont intrigué les chercheurs, étant anormalement bas. Un nouveau protocole automatique, mais validé par un contrôle humain, a donc été établi.

Harpegnathos saltator et Camponotus floridanus posséderaient respectivement 377 et 407 gènes codant pour des protéines présentant une affinité pour des composés chimiques volatils, i.e. des odeurs. Par comparaison, les abeilles en ont 174, les moustiques 74 à 158, les drosophiles 61 et les papillons bombyx 52. Les valeurs obtenues pour les GR et les IR étaient quant à elles dans la moyenne. Cet équipement génétique dote les fourmis du meilleur des odorats d'insectes.

Une nouvelle phase de recherches va maintenant débuter : il faut déterminer les signaux chimiques faisant réagir chaque récepteur. Ce long travail a commencé et le protocole expérimental a déjà été testé pour plusieurs de ces récepteurs. Il est original : des gènes ciblés ont été injectés dans un ovule de grenouille. Ils ont alors été transcrits, traduits puis exprimés à la surface de l'œuf.

Il ne reste plus qu'à rechercher les odeurs activant ces protéines et donc provoquant la production d'un faible courant mesurable. Et cela fonctionne ! L'huile d'anis, une substance naturelle utilisée comme répulsif pour les insectes, ferait bien réagir des récepteurs olfactifs chez la fourmi sauteuse Harpegnathos saltator. Le test s'est également révélé positif pour la viande de bœuf cuite chez les Camponotus floridanus... de sexe féminin. Personne ne sait pourquoi.