novembre 27, 2021

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Certaines fourmis ouvrières peuvent recâbler leur cerveau pour devenir des reines – et les chercheurs découvrent comment

Les cerveaux des animaux sont en plastique, ils peuvent changer de structure et de fonction. Mais certaines fourmis poussent cela à un niveau très extrême. Dans certaines circonstances, ils peuvent se transformer d’une ouvrière en une fourmi ressemblant à une reine – et la clé de ce changement est détenue par une seule molécule.

Dans le nid souterrain sel. Photographie de Bert Holdupler.

Dans les colonies de fourmis, le rôle principal de la reine est de pondre, tandis que les ouvrières travaillent bien. Une colonie de fourmis peut avoir plus d’une reine, selon les espèces, mais certaines espèces font quelque chose de plus intéressant : elles ont des fourmis qui peuvent pondre des œufs comme des reines. Ces « fausses » reines sont appelées gamergates.

Chez la plupart des espèces de fourmis, les ouvrières sont stériles, mais chez d’autres espèces, les joueuses se reproduisent en plus des reines. Chez certaines espèces, les reines « ordinaires » ont été complètement remplacées par des gamergates. Mais qu’est-ce qui fait qu’un travailleur devient un acteur du frai, et comment ce processus se déroule-t-il exactement ? Pour le savoir, une équipe de chercheurs a étudié les fourmis d’une espèce appelée Harpegnathos salé (ou la fourmi sauteuse indienne).

« Les gamergates sont des travailleurs qui ont assumé le rôle social de reines », a déclaré à ZME Science Robert Bonacio, de la Perelman School of Medicine de l’Université de Pennsylvanie. C’est un « switch » entre les rôles sociaux, mais c’est aussi un changement physiologique. Bien qu’aucun changement physique ne puisse être observé à l’extérieur, beaucoup de choses changent à l’intérieur. « Par exemple, les ovaires sont agrandis. Leurs cerveaux sont également quelque peu recâblés », explique Bonacio.

Bonacio et ses collègues voulaient comprendre comment « activer » ou « désactiver » certains gènes affecte la fonction cérébrale et le comportement. Pour ce faire, les chercheurs ont dû trouver un moyen d’isoler les neurones des fourmis du cerveau des fourmis et de les maintenir en vie dans des plats en plastique et au milieu d’une culture artificielle. C’est une pratique courante pour la recherche sur les souris et les rats, mais plus difficile pour les insectes. Cependant, le Dr Janko Josposek, premier auteur de l’étude, a fait une innovation importante.

« Pendant un certain temps, Janko a essayé de créer un milieu de culture en fabriquant des extraits de cocons de fourmis (c’est-à-dire en les congelant et en les homogénéisant), puis en les ajoutant à des neurones en culture », explique Bonacio. « Cela s’est avéré impossible à maintenir en raison du grand nombre de cocons nécessaires. Ensuite, il a eu un moment eurêka. Il a pensé que, puisque les fourmis et les abeilles sont des cousins ​​relativement proches, il pourrait valoir la peine de remplacer les cocons d’abeilles dans la recette. Et voilà, ça a marché. Donc, le secret d’un cerveau de fourmi en bonne santé semble être le jus d’abeille congelé ! »

Armé de cette méthode, l’équipe peut étudier les mécanismes moléculaires sous-jacents qui provoquent ce changement. Ils ont identifié deux types d’hormones (hormone juvénile Et Acdisson) présents à différents niveaux dans les corps des travailleurs et des joueurs. Ces hormones semblent produire des schémas distincts d’activation des gènes dans le cerveau des deux couches. C’était surprenant, dit Bonacio, car les chercheurs s’attendaient à trouver un ou plusieurs facteurs de transcription personnalisés (une protéine qui active ou désactive les gènes) chez les travailleurs, puis un ensemble différent de facteurs de transcription actifs uniquement dans les jeux. « C’était excitant de trouver quelqu’un qui pourrait jouer les deux rôles », a déclaré Bonacio à ZME Science.

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Cependant, la surprise est venue lorsque les chercheurs ont découvert que les deux hormones affectent les cellules en activant une seule protéine appelée Kr-h1. Cependant, les chercheurs avertissent que ce n’est pas le seul interrupteur responsable de la transformation d’une ouvrière en reine ou vice versa.

« Cela ne signifie pas que Kr-h1 est la seule protéine qui régule l’identité de classe. Ces choses sont généralement complexes et il est probable que Kr-h1 soit l’un des nombreux commutateurs qui contrôlent la transformation sociale », explique Bonacio.

Il est difficile de tracer des lignes directes entre les invertébrés et les humains, dit Bonacio, mais les chercheurs peuvent s’appuyer sur cette étude pour comprendre la plasticité cérébrale et les mécanismes qui la régissent chez différents types d’animaux.

« La plasticité est bien sûr très importante pour tout cerveau, y compris le nôtre, et la perte de plasticité a des conséquences négatives. Ce sera très excitant de découvrir que des protéines et des hormones similaires à celles que nous avons trouvées chez les fourmis fonctionnent également dans le cerveau des mammifères, et nous poursuivra certainement ce type d’enquête à l’avenir », conclut Bonacio.

Référence de revue : Janko Gospocic, Karl M. Glastad, Lihong Sheng, Emily J. Shields, Shelley L. Berger, Roberto Bonasio. Kr-h1 maintient des neurotransmetteurs distincts spécifiques à la classe sociale en réponse aux hormones socialement régulées. cellule de prison, 2021 ; EST CE QUE JE: 10.1016 / j.cell.2021.10.006