Source: The Conversation – France in French (2) – By Axel Touchard, Chercheur, Inrae; Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
Les venins de fourmis commencent à révéler leurs secrets. Ils sont longtemps restés dans l’ombre, car la quantité produite par chaque individu est très faible, mais de nouvelles techniques permettent de les analyser et de comprendre leur fascinante complexité.
En étudiant des espèces de fourmis de la forêt amazonienne de Guyane, nos recherches mettent en lumière une diversité et une sophistication inattendues largement façonnées par les proies qu’elles consomment, leur socialité mais aussi par la nécessité de se protéger contre les prédateurs. Ces résultats, publiés dans Molecular Ecology et dans Science, offrent un nouvel éclairage sur l’évolution des venins chez les insectes sociaux.
Nous avons découvert que toutes les fourmis d’une même colonie ne possèdent pas une composition de venin identique. Chez les fourmis légionnaires, le venin des soldats contient des enzymes digestives, probablement impliquées dans la prédigestion des proies. Chez la fourmi Neoponera goeldii, le venin contient une molécule qui imite une hormone de vertébré, provoquant une douleur immédiate pour dissuader les prédateurs.
Des venins encore largement méconnus
Les venins sont des mélanges complexes de dizaines voire de centaines de molécules biologiquement actives utilisées pour immobiliser des proies et se défendre. Ils contiennent des molécules appelées « toxines », souvent des protéines, qui perturbent rapidement des fonctions vitales, telles que la transmission nerveuse ou la coagulation sanguine.
Les recherches se sont surtout concentrées sur les grands animaux venimeux, comme les serpents, les scorpions ou les araignées. Cela s’explique par la quantité de venin qu’ils produisent, mais aussi par leur dangerosité pour l’humain. Aujourd’hui, ces venins sont également étudiés pour leur potentiel thérapeutique, car certaines toxines ont déjà inspiré des médicaments commercialisés. Une molécule issue du venin d’une vipère d’Amazonie (Bothrops jararaca) a, par exemple, conduit au développement du Captopril, un médicament aujourd’hui largement prescrit dans le traitement de l’hypertension artérielle.
Historiquement, le tout premier composé de venin à avoir été caractérisé est l’acide formique, isolé à partir de la distillation des fourmis du genre Formica par John Wray en 1670. Si presque toutes les fourmis sont venimeuses, toutes ne piquent pas. Certaines projettent des substances chimiques, souvent à base d’acide formique ou d’autres composés volatils. Environ la moitié des espèces possèdent toutefois un aiguillon fonctionnel comparable à celui des guêpes et des abeilles, leur permettant d’injecter un venin riche en protéines.
Ces venins sont longtemps restés peu étudiés. La raison en est simple : chaque fourmi ne produit que quelques nanolitres de venin, ce qui rend leur collecte et leur analyse difficiles. Pourtant, avec presque 15 000 espèces décrites, les fourmis constituent un immense réservoir de diversité chimique encore largement inexploré.
Un défi technique pour les scientifiques
Avant d’étudier les venins, les chercheurs doivent d’abord prospecter dans la forêt afin de localiser les espèces et collecter les colonies. Les fourmis occupent en effet toutes les strates de l’écosystème terrestre, du sous-sol jusqu’à la canopée, et certaines espèces peuvent s’avérer particulièrement difficiles à trouver.
Une fois au laboratoire, les fourmis sont disséquées individuellement sous loupe binoculaire. À l’aide de pinces extrêmement fines, notre équipe de recherche extrait les réservoirs à venin. Des dizaines, voire des centaines d’individus sont souvent nécessaires pour obtenir une quantité de venin suffisante pour les analyses.
La composition du venin est étudiée grâce à des techniques de pointe : la spectrométrie de masse identifie précisément les protéines présentes, tandis que le séquençage des ARN permet de lire les instructions génétiques utilisées par les fourmis pour les produire. En combinant ces méthodes, nous pouvons relier chaque molécule à son gène, révélant toute la richesse chimique de ces venins.
Chez les fourmis légionnaires, une division des tâches jusqu’au venin
Parmi les espèces étudiées, nous nous sommes intéressés aux fourmis légionnaires (Eciton hamatum), dont le venin n’avait encore jamais été exploré. Ces fourmis se distinguent par leur mode de vie nomade : elles ne construisent pas de nid fixe, ce qui les rend particulièrement vulnérables aux prédateurs.
Pour y faire face, elles ont développé une organisation sociale très spécialisée. Certaines ouvrières, appelées « soldats », ont des mandibules hypertrophiées en forme de crochet qu’elles utilisent pour pincer efficacement les vertébrés susceptibles de les attaquer. Les autres ouvrières, appelées « minors », assurent l’ensemble des tâches de la colonie tout en participant également à sa défense. Ainsi, toutes les fourmis légionnaires disposent d’un venin douloureux. Ces insectes sont également de redoutables prédatrices : elles organisent des raids massifs, parfois mobilisant des milliers d’individus, pour capturer une grande variété de proies, principalement d’autres fourmis, des guêpes, mais aussi des araignées et parfois de petits vertébrés, comme des lézards.
L’étude du venin de la fourmi légionnaire a montré que celui des soldats présente une composition en protéines plus simple que celui des autres ouvrières. Tous ces venins provoquent une douleur chez les vertébrés, mais seul celui des soldats est capable de paralyser efficacement les insectes. Plus surprenant encore, ce venin contient également des enzymes digestives, les chymotrypsines. Cela suggère que le venin ne sert pas uniquement à immobiliser les proies ou à provoquer de la douleur, mais qu’il pourrait aussi contribuer à leur prédigestion.
Cette hypothèse prend tout son sens lorsque l’on considère le cycle de vie de ces fourmis. Les colonies alternent entre une phase statique d’environ vingt jours, durant laquelle elles restent en bivouac, chassent intensivement tandis que la reine pond massivement, et une phase nomade d’environ quinze jours, marquée par le déplacement quotidien de la colonie pour répondre aux besoins alimentaires élevés des larves nouvellement écloses. Or, les fourmis adultes ne peuvent consommer que des liquides, car leur système digestif filtre les particules solides. Ce sont donc les larves qui digèrent habituellement les proies. Mais lors de la phase statique, les larves sont rares, voire absentes. En temps normal, ce sont donc les larves qui assurent la digestion des proies. Nous avançons ainsi l’hypothèse que les enzymes présentes dans le venin des soldats permettraient de prédigérer les proies, facilitant ainsi l’alimentation des adultes, même en l’absence de larves.
Imiter son ennemi pour mieux se défendre
Une autre stratégie a été mise en évidence chez la fourmi Neoponera goeldii. Son venin contient en effet une toxine qui imite la bradykinine, une hormone propre aux vertébrés et impliquée dans la douleur et l’inflammation. Or, les insectes ne possèdent ni cette hormone ni les récepteurs qui lui sont associés. Autrement dit, cette molécule ne cible pas les proies, mais leurs prédateurs, notamment les oiseaux et les mammifères. En activant les récepteurs de la douleur chez les vertébrés, elle provoque une douleur immédiate et intense, ce qui constitue une défense efficace contre les prédateurs.
Dans notre étude, nous avons également identifié des toxines imitant la bradykinine dans certains venins de guêpes, mais Neoponera goeldii est la seule espèce de fourmis connue pour posséder une telle toxine.
L’écologie de cette espèce éclaire cette adaptation. Neoponera goeldii est une fourmi arboricole qui vit dans des structures étonnantes appelées « jardins de fourmis ». Les ouvrières construisent leurs nids en assemblant des débris végétaux, des fibres et de la terre, formant ainsi un terreau suspendu dans la végétation. Elles y intègrent des graines de plantes épiphytes, c’est-à-dire des plantes qui poussent sur d’autres sans les parasiter (comme certaines broméliacées ou orchidées), qui germent directement dans le nid. Avec le temps, les racines de ces plantes grandissent et stabilisent la structure, tandis que les fourmis bénéficient d’un abri durable en hauteur. Cette association forme de véritables « jardins suspendus », parfois volumineux et très visibles dans la canopée. Cependant, cette visibilité a un coût : contrairement aux espèces discrètes qui vivent dans le sol ou le bois mort, ces colonies sont exposées en permanence aux prédateurs. Dans ce contexte, la fuite ou la dissimulation sont peu efficaces. La défense repose donc sur un venin capable de provoquer une douleur chez un prédateur.
Ces résultats montrent à quel point la composition des venins de fourmis est liée au mode de vie des espèces : ce sont des cocktails chimiques façonnés par l’évolution pour répondre à des contraintes écologiques très spécifiques.
Axel Touchard ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d’une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n’a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.
– ref. Attaque, défense, digestion… les venins de fourmis révèlent enfin leurs secrets – https://theconversation.com/attaque-defense-digestion-les-venins-de-fourmis-revelent-enfin-leurs-secrets-279826