Vaut-il mieux être gouverné par une seule reine ou plusieurs à la fois? Les deux cas de figure se produisent en tout cas dans les colonies de fourmis de feu, des insectes sociaux connus pour leurs redoutables piqûres. Cette coexistence de deux types d’organisation sociale au sein d’une même espèce est rare dans le règne animal, et son origine était jusqu’à présent méconnue. Une nouvelle étude, publiée dans la revue Nature datée du 17 janvier et menée par des chercheurs lausannois, montre que c’est en fait un groupe de gènes, influençant de nombreuses caractéristiques des fourmis, qui détermine si elles acceptent d’avoir une ou plusieurs reines.

Les fourmis de feu, de leur nom latin Solenopsis invicta, sont surtout réputées pour les sévères brûlures qu’elles occasionnent, grâce à un venin toxique qu’elles injectent à leurs victimes à l’aide d’un dard situé à l’extrémité de leur abdomen. Depuis leur introduction par erreur aux Etats-Unis dans les années 1930, ces insectes originaires d’Amérique du Sud n’ont cessé de proliférer, gagnant l’Australie il y a une dizaine d’années, puis la Chine. En plus des risques occasionnés par leurs piqûres, ils sont également nuisibles aux cultures et autres espèces locales de fourmis, avec lesquelles ils entrent en concurrence.

Deux modèles d’organisation sociale sont possibles chez S. invicta. Dans une forme, dite monogyne, une reine seulement gouverne les ouvrières; dans l’autre, appelée polygyne, plusieurs reines cohabitent au sein d’une même colonie. Dans la forme monogyne, les nouvelles reines nées dans la colonie s’envolent pour trouver un mâle et se reproduire, avant de fonder seules un nouveau nid, distant de celui dont elles sont originaires. Elles accumulent une grande quantité de graisse afin de pouvoir nourrir leurs larves. Dans la forme polygyne, les jeunes reines n’accumulent pas de graisse avant de s’envoler; une fois fécondées, elles rejoignent une colonie proche et déjà établie afin d’y pondre, ou alors elles restent dans leur nid d’origine.

Autre caractéristique de S. invicta: les fourmis polygynes et monogynes sont capables de se reconnaître en fonction de leur odeur respective. Ainsi, les ouvrières peuvent savoir à quelle forme sociale appartient une reine lorsqu’elles la rencontrent pour la première fois. Elles défendent alors farouchement l’ordre établi dans leur colonie: si la nouvelle arrivante ne correspond pas à leur propre organisation, elles l’attaquent et la tuent.

Il y a quelques années déjà, des scientifiques ont montré qu’un gène appelé Gp-9, responsable de la fabrication d’une protéine odorante, était lié au type d’organisation adopté par chaque fourmi. Cette découverte a confirmé l’importance de l’odeur dans la régulation sociale de S. invicta. En revanche, les autres différences existant entre fourmis monogynes et polygynes, telles l’accumulation de graisse chez la reine ou sa capacité à voler plus ou moins loin, demeuraient inexpliquées.

Afin d’en savoir plus, l’équipe du biologiste Laurent Keller, de l’Université de Lausanne, a comparé le génome de plusieurs reines fourmis avec celui de leur descendance. Un énorme travail, rendu possible par les progrès récents à la fois du séquençage génétique et de l’analyse des données, réalisée à l’aide d’outils informatiques mis à disposition par le SIB, Institut suisse de bioinformatique.

Grâce à cette analyse, le biologiste s’est aperçu qu’une partie d’un des chromosomes de la fourmi de feu était remarquablement conservé de mère à enfant. Normalement, de nombreux réarrangements entre chromosomes se produisent au cours de la reproduction: on parle de recombinaison génétique. Mais le bout de chromosome identifié par les chercheurs, qui comprend 600 gènes en tout, dont le fameux Gp-9, semble indissociable. Il est toujours transmis en un bloc à la descendance.

Pour Laurent Keller et ses collaborateurs, ce bout de chromosome, qu’ils appellent «super-gène», serait responsable des deux types d’organisation rencontrés chez la fourmi de feu. Il comporterait des informations déterminant l’odeur des fourmis, mais aussi la quantité de graisse des reines, ainsi que d’autres traits en lien avec l’organisation sociale, comme la taille des ouvrières. «Tous ces gènes semblent avoir été sélectionnés pour se retrouver ensemble dans cette portion de chromosome», explique Laurent Keller.

«Il s’agit d’une avancée fondamentale, estime Serge Aron, spécialiste des insectes sociaux à l’Université libre de Bruxelles, car c’est la première mise en évidence d’un «chromosome social» dans le règne animal.» «On comprend désormais mieux comment ces deux types d’organisation ont pu se maintenir dans la même espèce au cours du temps», précise pour sa part Joël Meunier, de l’Université de Mainz, en Allemagne.

Au cours de sa thèse, ce jeune biologiste a étudié une espèce de fourmi présente en Valais et appelée Formica selysi, qui présente aussi deux types d’organisation sociale, à une ou plusieurs reines. Pourrait-elle également posséder un «super-gène» de la socialité, comme la fourmi de feu? «Ces espèces présentent beaucoup de similitudes dans leur écologie et leur fonctionnement social. Il est donc tout à fait concevable que le même mécanisme soit présent chez ces deux fourmis», estime Joël Meunier. Laurent Keller soupçonne pour sa part qu’un tel «super-gène» social existe également chez d’autres insectes, et même peut-être chez des oiseaux.

Mais au fait, pourquoi ces gènes de la socialité se sont-ils groupés au cours de l’évolution? Sans doute parce qu’ils constituent une «boîte à outils» qui permet à chaque fourmi d’être bien adaptée à la colonie dans laquelle elle vit. «Imaginez par exemple une reine qui a tout le comportement d’une monogyne, mais qui n’a pas le gène lui permettant d’accumuler de la graisse pour nourrir ses larves lors de la fondation de sa colonie: elle ne pourrait pas avoir de descendance», illustre Serge Aron.

Un tel regroupement de gènes qui se conserve au fil des générations n’est pas une découverte pour les généticiens, puisque c’est également ce qui se passe avec le chromosome sexuel mâle des mammifères, le Y. «L’inconvénient de ce phénomène, c’est qu’un chromosome qui ne recombine pas dégénère: c’est pourquoi la majorité des gènes du Y ne sont pas fonctionnels», explique Laurent Keller. Ce système a néanmoins l’avantage de permettre aux porteurs du Y de posséder tous les attributs associés à la masculinité.

Un tel «super-gène» social pourrait exister chez d’autres insectes ou même chez des oiseaux