Au Panama, dans le nouveau laboratoire de neurobiologie du Smithsonian Tropical Research Institute, les chercheurs étudient la relation entre le cerveau de l'abeille sudoripare tropicale Megalopta genalis et le comportement des reines sociales et des reines solitaires de l'espèce. L'étude aide les scientifiques à faire de grands progrès dans la compréhension du comportement social des insectes.
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Après avoir observé les abeilles au cours de leurs activités quotidiennes (collecte de nourriture et ponte), les chercheurs ont découvert un schéma intéressant dans la région du cerveau responsable de l'apprentissage et de la mémoire. Chez les reines d'abeilles sociales, responsables de la coordination d'un réseau social de travailleurs apiculteurs, une plus grande partie de leur cerveau est dédiée à l'apprentissage et à la mémoire que chez les reines solitaires, qui doivent effectuer une grande partie du travail elles-mêmes.
Nous avons discuté avec Adam Smith, un boursier postdoctoral de l'étude, pour en savoir plus sur l'espèce et sur ce qui la motive.
Il y a eu d'autres études qui ont examiné la taille du cerveau chez des animaux sociaux et non sociaux. Pourquoi avez-vous décidé de vous concentrer sur les abeilles plutôt que sur une autre espèce sociale?
Parmi les quatre principaux groupes d'insectes sociaux - termites, abeilles, guêpes et fourmis - les abeilles sont les seules à posséder des espèces pouvant basculer entre social et solitaire. Toutes les fourmis et tous les termites sont sociaux. Il existe à la fois des guêpes sociales et des guêpes solitaires, mais, du moins parmi les espèces étudiées à ce jour, aucune espèce de guêpe ne peut se reproduire de manière solitaire et sociale, contrairement aux abeilles Megalopta genalis .
En outre, la neurobiologie et le développement du cerveau des abeilles mellifères sont très bien étudiés et quelques autres espèces ont été étudiées dans une bien moindre mesure. Ensemble, ces études suggèrent que les influences environnementales, même sur les insectes adultes, influencent le développement du cerveau. Cela nous a amenés à penser que l'environnement social du Megalopta genalis pourrait également influer sur le développement du cerveau.
Quelle est la différence entre les reines sociales d'abeilles et les reines solitaires?
La similitude la plus importante entre les deux est qu'ils se reproduisent tous les deux, c'est-à-dire qu'ils pondent des œufs. La principale différence est que les reines sociales quittent rarement leur nid et cherchent rarement du pollen et du nectar. Ils ne pondent que des œufs. Les reines solitaires, en revanche, doivent remplir toutes les fonctions de reproduction. Ils doivent rassembler la nourriture (pollen et nectar) de leur progéniture, ainsi que développer les œufs dans leurs ovaires et les déposer dans des cellules individuelles du nid avec la nourriture fournie. Les reines des abeilles sociales laissent bon nombre de ces tâches à leurs travailleurs. L'autre grande différence entre les reines sociales et les reines solitaires est que les reines sociales doivent établir et maintenir une domination sociale sur leurs filles, qui restent dans le nid en tant que travailleuses.
Du point de vue du développement du cerveau, il est important de noter que même les nids sociaux ont commencé sous la forme de nids solitaires: une femelle construit un nid et pond des œufs, puis la première génération de filles quitte le nid pour aller créer ses propres nids ou reste dans leurs nids natals en tant que travailleurs subordonnés. Ainsi, alors que les reines sociales se nourrissaient rarement, elles devaient, à un moment donné, établir leur nid. La relation de dominance associée aux nids sociaux, en revanche, est unique aux reines sociales.
Pourriez-vous expliquer l'hypothèse du cerveau social que vous avez explorée dans cette étude?
L’hypothèse du cerveau social propose que les complexités de la vie sociale - garder trace des hiérarchies de dominance, des relations familiales, de l’identité individuelle - sont si exigeantes sur le plan cognitif qu’elles nécessitent une intelligence accrue au-delà de ce dont les animaux auraient autrement besoin pour le reste de leur vie.
La prédiction de base de l'hypothèse du cerveau social est que, toutes choses étant égales par ailleurs, les espèces sociales seront plus intelligentes que les espèces solitaires. Cependant, cela pose quelques problèmes pratiques. La première est que "l'intelligence" n'est pas un trait spécifique qui peut être mesuré, c'est pourquoi la taille du cerveau ou la taille de régions spécifiques du cerveau (comme le cortex chez les mammifères) est habituellement mesurée. Un autre problème est que "toutes les autres choses" sont rarement égales entre les espèces. Même les espèces étroitement apparentées diffèrent par une foule d'autres traits. Enfin, il est difficile de quantifier la "socialité". Par exemple, certaines espèces peuvent vivre en grands groupes, mais avec une interaction peu complexe entre les individus. D'autres espèces peuvent vivre en petits groupes, mais avec des relations subtiles et durables entre les individus. Lequel de ceux-ci serait plus exigeant sur le plan cognitif? Les difficultés inhérentes aux comparaisons entre espèces sont ce qui nous a motivé à utiliser Megalopta genalis, car les individus au sein de l'espèce sont très similaires.
Vous avez constaté que la région du cerveau responsable de l'apprentissage et de la mémoire est plus grande chez les reines des abeilles sociales. Cela signifie-t-il que le cerveau lui-même est plus gros ou fonctionne différemment?
La région du cerveau n'était pas plus grande en termes absolus, pas plus que les cerveaux eux-mêmes. Ce qui était plus important était le ratio d'une partie de cette région du cerveau (le neuropile du corps de champignon) à une autre (les corps de cellules de Kenyon). Dans des études antérieures sur le développement du cerveau des abeilles, des valeurs plus élevées de ce rapport résultaient de défis cognitifs accrus, tels que l'apprentissage de nouveaux emplacements de repère autour du nid. Ainsi, nos données suggèrent que, comme le prédit l'hypothèse du cerveau social, établir et maintenir la domination sur un subordonné social est plus exigeant sur le plan cognitif que la vie solitaire.
La dernière partie de votre question touche vraiment au cœur du problème: nous ne savons pas ce que ces différences signifient en termes de fonctionnement du cerveau - ni pour les études précédentes, qui portaient sur des défis d’apprentissage plus traditionnels ou sur les nôtres, qui axé sur les différences sociales. De futures études sur la nature des connexions neuronales, plutôt que sur les différences de développement du cerveau, sont nécessaires pour comprendre comment les différences de développement conduisent à des différences fonctionnelles.
Comment cette information est-elle utile? Comment peut-il poursuivre la recherche future sur les abeilles?
En termes de recherche future sur les abeilles, j'espère que cela motivera davantage d'études comparatives. Par exemple, beaucoup d'abeilles de la même famille que les Megalopta sont des communautés, ce qui signifie qu'elles vivent ensemble, mais n'ont pas de hiérarchie de domination. Présentent-ils des modèles similaires de développement du cerveau? Et même parmi les espèces d'abeilles purement solitaires, il y a ceux qui se nourrissent d'un seul type de fleur et d'autres qui collectent une grande variété de pollen. Ces derniers montrent-ils des modèles de développement cérébral plus flexibles, alors que les premiers sont plus "câblés" à la recherche de nourriture?
Cette étude devrait être utile aux chercheurs intéressés par l'évolution du cerveau car elle montre qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser uniquement des primates, avec toutes les difficultés logistiques, éthiques et scientifiques qu'ils impliquent, pour étudier l'évolution de l'intelligence sociale. Les insectes sociaux en tant que groupe permettent un plus grand nombre de comparaisons que les vertébrés.
