Super-organismes

L’idée que les sociétés d’insectes comme les fourmis, les termites ou les abeilles sont comparables à des “super-organismes” n’est pas neuve. Dès 1926 le biologiste William Wheeler remarquait que la coopération entre les membres d’une colonie d’insecte est si poussée qu’elle la dote de tous les attributs d’un être vivant. Exactement comme un organisme constitué de cellules ayant chacune une vie propre, ne prend “corps” que grâce à l’extrême degré de coopération entre ces cellules. Mes histoires d’abeilles qui choisissent un nid m’a permis de mesurer à quel point dans un cas comme dans l’autre, le fonctionnement émergent n’a souvent pas grand rapport avec celui de ses constituants de base…
Les déplacements spectaculaires de la colonie -sous forme d’essaim d’insectes ou de colonnes de fourmis- sont les plus évocateurs tellement ils sont synchrones et adaptés à chaque situation: formation en boule en l’absence de protection externe, métamorphose en  pont pour passer un obstacle, en radeau pour traverser une rivière…


Cellules différenciées -L’analogie entre les cellules différenciés des animaux (os, muscles, sang) et les sous-castes d’une colonie d’insecte (ouvrières, nurses, guerrières, reines…) est d’autant plus frappante que dans les deux cas les composants élémentaires (cellules ou insectes) partagent les mêmes gènes tout en étant très différents morphologiquement et fonctionnellement. La reine, capable de produire des individus de n’importe quel caste serait l’équivalent d’une cellule-souche, tandis que les autres castes d’insectes seraient assimilables à des cellules somatiques différenciées. Avec l’âge la polyvalence de certaines castes diminue exactement comme celle de certaines cellules souches sanguines semi-différenciées.

En guise de système immunitaire, le signal chimique qu’une fourmi ou une abeille porte sur son corps sert de signal de “reconnaissance de soi” au sein de la colonie. La présence d’une fourmi étrangère dans un nid déclenche chez les ouvrières une réaction d’agressivité similaire à celle des anticorps face un corps étranger.Le sacrifice de fourmis-soldats chargées d’éliminer l’intrus est aussi naturel que celui des globules blancs dans un organisme.

NourritureLa circulation de la nourriture dans le corps au travers des vaisseaux sanguins trouve son équivalent dans la “trophallaxie” chez les insectes sociaux, pratique qui consiste à faire circuler la nourriture de bouche en bouche depuis la périphérie jusqu’au coeur du nid. Plus besoin de faire les courses quand on bosse à la nurserie!

Chez les abeilles, il semble même que cet échange de nourriture permette d’égaliser la quantité de nutriment qu’elles reçoivent (sucre, vitamines etc). Chez les fourmis pot-de-miel des déserts Américains, certaines ouvrières sont capables de stocker 50 à 100 fois leur poids de nourriture dans leur abdomen distendu. Elles sont ensuite suspendues aux plafonds de la fourmilière comme des outres pleines de réserves à la disposition de qui a faim.

De même que les animaux confient souvent la digestion de leur nourriture à des bactéries logées dans leurs intestins, l’endosymbioseest monnaie courante chez les insectes sociaux. Chez les termites par exemple, c’est un champignon (les Termitomyces) qui pousse dans la termitière qui convertit la cellulose en nutriments pour les termites.Les fonctions physiologiques classiques des animaux trouvent toutes leur équivalent chez les insectes sociaux. En guise d’influx nerveux et de régulation hormonale, on a vu dans les billets sur les abeilles qu’elles utilisent des attouchements (les fourmis se tripotent les antennes, les abeilles se rentrent carrément dedans), des phéromones ou des signaux visuels codés permettant de faire circuler une information d’un bout à l’autre de la colonie.

La respiration est assurée par d’astucieux systèmes de ventilation du nid permettant de limiter le taux de CO2 à 1 ou 2% maximum. Les abeilles sont aussi capables de garder une température constante dans le nid, aux alentours de 37°, grâce à l’ajustement de l’agitation des bestioles à l’intérieur et à la création de couloirs de ventilation au sein de l’essaim:


En cas de problème, la colonie sait aussi se soigner. En cas d’infection par des micro-organismes, elle déclenche spontanément une « poussée de fièvre », exactement comme les animaux homéothermes. Et en cas de pertes importantes sur certaines castes, la colonie réagit très vite. D’abord les survivants de la caste en question augmentent leurs cadences pour pallier aux absences, ensuite d’autres ouvrières d’une caste proche remplacent les effectifs manquants et enfin la reine pond davantage de larves produisant des individus de la caste déficitaire. Bref, la colonie dispose de mécanismes régulateurs équivalents à ceux d’un organisme victime d’une lésion.

Tout se passe donc comme si un essaim de quelques dizaines de milliers d’abeilles se comportait comme un animal homéotherme de quelques kg, doté de toutes les fonctions vitales, respiration, digestion, reproduction, déplacement, mécanismes de défense etc. On a d’ailleurs découvert récemment que le métabolisme de ces super-organismes suivait statistiquement la même loi de puissance que tous les autres organismes vivants: l’énergie qu’une colonie consomme croît avec la puissance 3/4 de sa taille.

La loi de Kleber (Source West & Brown qui proposent un modèle explicatif, ici)
Cliquez pour agrandir l’image

Pourquoi 3/4? Ce n’est pas encore bien clair et aucune explication n’est pour l’instant 100% convaincante mais cette loi semble bel et bien universelle.
Le super-organisme a quand même d’autres propriétés un peu étranges. Son mode de reproduction d’abord. Alors que les abeilles ont une reproduction sexuée, la colonie n’en a pas. Chaque année les reines d’une colonie partent fonder une nouvelle colonie, sans que les colonies s’interfécondent. On est donc plutôt dans le domaine de la bouture végétale!

Ensuite le mode de croissance d’une colonie n’a rien de classique. Edward Wilson (THE spécialiste mondial des fourmis) s’est penché sur le cas des fourmis champignonnistes. A la création de sa nouvelle colonie, la jeune reine commence par produire des ouvrières de tailles moyenne (dont la tête mesure entre 0,8 et 1,6 mm de largeur) afin d’assurer toutes les étapes de la récolte des champignons. Plus tard que l’éventail des taille s’élargit et la colonie produit aussi bien des géantes de 5mm que des naines d’à peine 0,6mm de large. Wilson s’est amusé à recréer les conditions d’une jeune colonie à partir d’une colonie de trois ans d’âge comptant 10000 individus. Il ne garda donc dans cette colonie que 240 individus (avec la reine bien sûr) en prenant soin de conserver les proportions caractéristiques d’une jeune colonie. Il observa alors qu’une telle colonie réduite en taille ne produisait plus que des ouvrières de tailles intermédiaires, exactement comme si elle était redevenue jeune. On peut donc rajeunir un super-organisme! Certes la reine d’une colonie n’est pas immortelle mais son remplacement par une de ses filles suggère une forme d’immortalité à la manière là encore de certains végétaux qui se reproduisent en se clonant et sont potentiellement immortels.

J’ai découvert ça pile au moment où l’on annonçait que l’on pouvait rajeunir artificiellement une cellule isolée. A croire que la socialité et la spécialisation constitue non pas l’aboutissement de l’histoire de la vie mais son fondement, son ressort vital. D’ailleurs, les cellules eucaryotes ne sont-elles pas -selon toute vraisemblance- nées de symbiose entre plusieurs cellules procaryotes (sans noyau). Je me demande si cette idée ne pourrait pas nous permettre de remonter encore plus loin dans la genèse de la vie… A l’autre bout de l’échelle, l’intégration croissante de nos sociétés humaines -mondialisation et spécialisation toujours plus grandes des tâches- relèverait-t-elle de la même tendance “biologique”?

Source
Passera et Aron: les fourmis. Comportement, organisation sociale et évolution

Billets connexes: les abeilles qui déménagent (part 1 et part 2) , celles qui se défendent contre les frelons, les fourmis qui mesurent leur nid, et d’autres histoires de symbiose

6 comments for “Super-organismes

  1. 01/12/2011 at 11:38

    J’adore ce concept de super-organisme ! Il y a une espèce de mise en abime, qui joue sur les échelles c’est fascinant et très bien rendu ici !

    Pour répondre à la question d’ouverture je pense que la condition pour l’émergence d’une coopération de type eusocial ou super organisme est le partage d’un même patrimoine génétique. il n’y a qu’à cette condition que des « individus » ou unités peuvent renoncer à leur reproduction pour ce spécialiser dans une fonction.

    Je ne sais pas si tu as lu « le meilleur des mondes » de Huxley. Dans ce livre la société est divisée en caste hyper spécialisé à la suite de la mise au point de l’ectogenèse (càd le développement embryonnaire in vitro / extra utérin). Pour ma part je pense que même s’il y a ectogenèse les individus ne seront près à laisser de coté la fonction de reproduction que s’ils sont sur du maintien de leur patrimoine génétique (ce n’est pas le cas chez Huxley d’ailleurs, ce qui rend le système un peu caduque). Donc à moins de nous perdions toutes notre diversité génétique je ne pense pas que l’humanité puisse un jour devenir un super-organisme.

    • E POIVET
      01/12/2011 at 15:40

      J’aime bien l’idée du super organisme!!

      Cependant :
      « Pour répondre à la question d’ouverture je pense que la condition pour l’émergence d’une coopération de type eusocial ou super organisme est le partage d’un même patrimoine génétique. »

      Et la symbiose dans tous ça on la place ou du coup cette « socialisation » de deux (ou plus) organismes ne partageant pas le même patrimoine génétique?

      Par ailleurs, sait on si ce genre ce genre d’étude peut être appliquer (calquer) à l’échelle d’une ville humaine (qui regroupe également plusieurs fonctions vitale : production énergétique, gestion des déchet… ), d’une nation ou d’une fédération d’état?? Sur cette petite mise en abîme…

  2. 02/12/2011 at 08:27

    Bonjour Jean-Pierre,
    Je suis assez d’accord avec E Poivet: la symbiose fonctionne magnifiquement bien même en l’absence de proximité génétique. Il suffit que les destins entre les deux partis soient indissolublement liés pour qu’ils agissent de concert. Je ne suis pas sûr que ça puisse marcher pour l’humanité au point que l’on renonce à des trucs essentiels comme la reproduction mais pour le reste, il y a des exemples plein la nature.

  3. 26/08/2012 at 15:00

    Bonjour,

    je suis tombée sur cet article un peu au hasard en trainant sur votre blog (qui est, cela dit en passant, très intéressant). Il a fortement attiré mon attention pour deux raisons: parce que vous parlez de fourmis, et parce que vous avez mentionné le terme « super-organisme ».

    En fait le terme super-organisme est attribué depuis les années 90 à bien plus que les colonies d’hyménoptères qui constituent des groupes d’individus génétiquement proches (Un certain Wilson en a pas mal parlé, mais David Sloan et pas Edward 🙂 ) .E Poivet soulevait la question des symbioses qui sont effectivement des « super-organismes ». Mais ce ne sont pas les seuls cas dans la nature. En effet on pourrait parler de super-organismes pour n’importe quel type de communauté (la communauté étant définie comme l’association d’organismes d’espèce différente en un lieu et à un moment donnés) comme par exemple les biofilms bacteriens, le periphyton ou encore les associations tripartites plantes/bactérie/vers de terre. Car ce qui compte avant tout pour parler de super-organisme, est-ce que ce n’est pas les interactions entre ses membres pour aboutir à l’émergence de fonction? Or il me semble que la proximité génétique n’est pas un pré-requis aux interactions entre organismes (si on en revient aux fourmis). Et les interactions positives ne sont pas les seules à donner lieu à de nouvelles fonctions (en référence aux symbioses). Certains chercheurs ont montré que les communautés étaient régies par toutes sortes d’interactions qui permettaient la co-existence stable de ses membres ( soit « leur destin indissolublement lié » comme vous le disiez dans votre réponse à Jean Pierre) et qu’en revanche ces interactions (directes ou indirectes, positives ou négatives) expliquaient les unités fonctionnelles constituées par les communautés ou les écosystèmes.
    Si ces questions vous intéressent, je vous conseille les publications de David Sloan Wilson sur l’évolution des différents niveaux de sélection, de Thomas Whitham sur la génétique des communautés et des écosystèmes et de Charles Goodnight sur l’évolution des communautés.

    En tout cas merci pour cet article qui soulève une question très intéressante et une conception de l’organisation naturelle assez peu étudiée et connue.

  4. 26/08/2012 at 17:22

    @Battle: merci pour toutes ces précisions. Je suis bien d’accord avec votre remarque concernant la définition de super-organisme, qu’on a tendance à réduire abusivement à la coopération entre individus d’une même famille (sans doute parce que l’idée du gène égoïste reste encore très prégnante). Je vais lire avec intérêt les auteurs que vous suggérez, ce sera peut-être l’occasion de faire une suite à ce billet!

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