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Hyménoptères haplodiploïdes

Je suis en train de lire Le gène égoïste de Richard Dawkins, et le sujet des insectes sociaux dits hyménoptères haplodiploïdes me semble d'une actualité brûlante.

Parler de biologie sans raison apparente peut sembler farfelu, et c'est pourtant ce que je m'apprête à faire. Il faut dire que je trouve ce passage du livre tellement fascinant (comme beaucoup d'autres) que j'ai envie de le coucher par écrit. Ca me permettra aussi de clarifier la chose dans ma tête.

Certains insectes sociaux, tels que les abeilles ou les fourmis (mais pas les termites) sont dits hyménoptères haplodiploïdes en raison de leur méthode de reproduction tout à fait insolite.

Chez la plupart des adeptes de la reproduction sexuée (p.ex. l'homme), le cycle de reproduction se déroule comme suit : tant le mâle que la femelle produisent des cellules sexuelles, et lors de leur création, ces cellules ne recoivent que la moitié du patrimoine génétique de l'individu qui les produit. Lorsque les cellules sexuelles mâles rencontrent leurs homologues femelles, elles fusionnent, et les deux moitiés de code génétique, réunies, produisent un code génétique complet inédit, qui produit un individu nouveau.

Chez les insectes sociaux hyménoptères haplodiploïdes, c'est différent.

Au début de son règne, la reine s'accouple avec un mâle au cours de son vol nuptial. Cet événement se produit une seule fois dans la vie d'une reine, et celle-ci conserve toutes les cellules sexuelles que le mâle lui a transmis. Elle en a une quantité suffisante pour passer le reste de sa vie à faire des enfants, et c'est exactement ce qui se produit. Les milliers d'individus d'une colonie sont donc tous frères et soeurs : ils ont tous la même mère et le même père. Ou presque.

Car il y a une subtilité de taille. La reine peut produire deux type d'enfants : des mâles et des femelles. Jusque là c'est assez évident, mais la différence entre les deux est fondamentale. En effet, les femelles sont le fruit de la rencontre d'un ovule (femelle) et d'un spermatozoïde (mâle), de la même manière qu'un enfant humain, par exemple. En revanche, les mâles sont le fruit d'un ovule non fécondé. Autrement dit, les mâles n'ont pas de père ! Plus important, ils ne possèdent que 50% du code génétique d'un individu normal, étant donné qu'ils n'ont pas reçu, lors de leur création, les 50% de leur père (via ses spermatozoïdes). Et, par conséquent, les spermatozoïdes qu'ils pourront produire à leur tour, ne pouvant pas se diviser par deux, recevront la totalité de ce code génétique incomplet (toujours 50% donc), et seront donc tous génétiquement parfaitement identiques.

On peut donc considérer que génétiquement, les mâles de ces espèces d'insectes sont de simples prolongements de la femelle qui les a engendré. Un peu comme des spermatozoïdes géants, qui ne transportent qu'un code génétique incomplet en attendant de trouver une femelle pour le compléter.

Cette particularité génétique a des conséquences tout à fait intéressantes. Si l'on examine la parenté génétique (la proportion de code génétique partagée par deux individus) dans une "famille" de ce type, on s'aperçoit d'un déséquilibre entre le point de vue d'une reine sur ses filles, et le point de vue d'une fille sur la reine (sa mère).

Une fille reçoit 50% de gènes de sa mère, et 50% de son père. Sa relation de parenté génétique avec sa mère est donc de 1/2. Deux femelles (deux soeurs), puisque nées de deux ovules différents, partagent en moyenne 25% de code génétique en provenance de leur mère. Mais d'un autre côté, ces deux mêmes soeurs proviennent de spermatozoïdes qui sont, comme on l'a dit, strictement identiques. Ces deux soeurs auront donc reçus exactement les mêmes gènes de leur père, ce qui représente 50% de gènes identiques partagés. Au total, donc, deux soeurs auront une parenté génétique de 25% (mère) + 50% (père), soit 75%, ou 3/4. (Les 25% restants représentent du code génétique hérité de la mère, mais qui diffère chez les deux soeurs, et qu'elles ne partagent donc pas.)

Un mâle, de son côté, n'a pas de père (on l'a déjà dit) et reçoit 50% de gènes de sa mère. La parenté génétique entre un mâle et sa mère est donc de 50%.

Du point de vue de la mère, un fils a la même valeur (comme vecteur de diffusion du code génétique) qu'une fille : tous deux sont porteurs de 50% du code génétique de leur mère. Mais du point de vue de la fille, c'est une autre histoire : une fille a une plus grande parenté avec sa soeur (3/4) qu'avec sa propre mère (1/2) ! Allons plus loin : si cette femelle avait des petits, elle ne leur transmettrait que 50% de son code génétique, ce qui lui donnerait une parenté génétique de 50%, soit toujours inférieure à la parenté qu'elle a avec ses soeurs !

Que deviennent les filles d'une reine ? Elles peuvent devenir reines à leur tour (mais c'est rare), ou elles deviennent ouvrières, auquel cas elles consacreront leur vie à s'occuper de leur reine et n'auront jamais d'enfants. Il n'y a aucune différence génétique entre une reine et une ouvrière, et la carrière de chacune dépend de la façon dont elle est élevée (et en particulier, de la nourriture qu'elle reçoit).

Si nous partons du principe qu'un gène qui se répand plus efficacement sera plus répandu dans le pool génique d'une espèce donnée (ce qui est une tautologie), qui n'est qu'une reformulation du principe de la sélection naturelle, il devient totalement logique de voir émerger des "castes" d'insectes stériles (les ouvrières), autrement dit, des insectes qui ne peuvent pas se reproduire... mais aident activement leur reine à produire des individus plus proches d'eux-même que ne le seraient leurs propres enfants !

Autrement dit, du point de vue de la parenté génétique et de la diffusion du patrimoine génétique, il est plus avantageux, pour une ouvrière, d'inciter la reine à lui donner des soeurs (parenté 3/4), plutôt que d'engendrer soi-même des enfants (parenté 1/2). Tout comportement de ce type, s'il vient à émerger dans ce contexte, est une méthode de diffusion du gène beaucoup plus efficace, et en arrive rapidement à dominer l'espèce. C'est ainsi qu'on arrive à un schéma de société favorisant la "reproduction par procuration" !

Mais attention, ce n'est pas tout. On a parlé de la parenté des ouvrières entre elles et avec la reine, mais qu'en est-il de la parenté des ouvrières avec leurs frères ? Un mâle engendré par la reine provient d'un ovule non fécondé. Par rapport à sa soeur, il partage en moyenne 25% des gènes en provenance de la mère, et --de toute évidence-- 0% en provenance du père, puisqu'il n'a pas de père. La parenté entre une ouvrière et son frère sera donc de 25% seulement.

A ce taux de parenté, la stratégie de l'ouvrière devient caduque : il devient plus rentable, pour le patrimoine génétique de l'ouvrière, qu'elle se reproduise toute seule (rappel : elle aura une relation de parenté de 50% avec sa progéniture). Par conséquent, une ouvrière aura intérêt à ce que sa reine produise plus de filles que de fils. On peut s'attendre à ce que les ouvrières usent de toutes sortes de stratégie pour favoriser la diffusion du patrimoine génétique qui est le plus proche du leur propre. L'observation permet de confirmer cette prédiction.

Dans cette histoire, la grande perdante est... la reine ! En effet, de son point de vue à elle (ou plutôt, du point de vue de ses gènes), il est plus avantageux de produire autant de mâles que de femelles, afin d'optimiser la diffusion de son patrimoine génétique. On peut donc supposer que s'engage alors une sorte de course évolutionnaire, dans laquelle chacune des deux parties (reine vs. ouvrières) tentera d'imposer sa politique des naissances ! Les ouvrières étant plus nombreuses et plus actives que la reine, ce sont elles qui ont le dessus.

Sauf si les ouvrières ne sont pas véritablement les enfants de la reine...

Certaines espèces de fourmis ont développé une forme d'esclavagisme. Chez ces fourmis, les filles de la reine, au lieu de devenir ouvrières, se spécialisent en soldats, dont la fonction sera notamment d'attaquer des fourmillères voisines... et d'en kidnapper les oeufs ! Ces derniers éclosent donc dans une fourmillère qui n'est pas la leur, donnant naissance à des ouvrières qui, guidées par leurs gènes, vont s'occuper de "leur" reine, sans savoir qu'elles n'ont en fait aucun lien de parenté avec elle. Ainsi la fourmillière comporte-t-elle trois types d'insectes : la reine, les soldats que cette dernière engendre, et les ouvrières que ces derniers capturent. Celles-ci sont des esclaves sans le savoir et ne partagent aucun lien génétique avec la reine qu'elles entretiennent.

Par conséquent, si une ouvrière-esclave venait à développer l'une des stratégies évoquées plus haut (visant à "forcer" la reine à produire plus de femelles), ce ne serait qu'un coup dans l'eau : le gène responsable de cette initiative n'en profiterait pas du tout, étant donné qu'il provient en réalité d'une autre reine, dans une autre fourmillière !

Dans cette situation, c'est la reine, et non plus l'ouvrière, qui "dicte" sa politique de naissances. Et encore une fois, l'observation des espèces concernées confirme les prédictions : une reine "esclavagiste" produit autant de mâles que de femelles.

Commentaires

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San

Décidemment, j'adore les insectes Haveaniceday

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potins

'et en particulier, de la nourriture qu'elle recoit' -> j'ai dy mal à comprendre là ! Haveaniceday

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s427
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Alice

Merci beaucoup pour cet article très bien expliqué !

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