L’environnement façonne l’organisation des sociétés de fourmis

Une seule reine sous les tropiques; d’immenses colonies dans les déserts; des ouvrières à la morphologie semblable dans les régions tempérées : les structures sociales des fourmis varient en fonction des conditions environnementales. C’est ce que montrent, pour la première fois à l’échelle mondiale, des travaux menés au Département d’écologie et évolution de l’Université de Lausanne et publiés dans PNAS.

Baroudeuses hors pair, les fourmis ont posé leurs bagages sur tous les continents, à l’exception de l’Antarctique; rares sont les animaux à s’être adaptés à autant de milieux différents. Ce succès écologique s’explique en grande partie par leur socialité. Or celle-ci peut prendre des formes très variées: certaines espèces vivent dans des colonies d’à peine une dizaine d’individus, tandis que d’autres forment des nids comptant des millions de membres ; certaines sont monogynes, avec une seule reine, alors que d’autres sont polygynes, avec plusieurs centaines de reines; chez certaines, enfin, toutes les ouvrières se ressemblent (monomorphisme), tandis que d’autres possèdent des ouvrières morphologiquement différentes (polymorphisme) appartenant à des sous-castes qui ont chacune un rôle spécifique (défendre le nid, chercher ou découper la nourriture, par exemple).

À chaque type d’environnement son type de société

Des travaux réalisés par l’équipe de Cleo Bertelsmeier, professeure associée au Département d’écologie et évolution (DEE) de la Faculté de biologie et de médecine de l’Université de Lausanne, montrent, à l’échelle mondiale, que c’est le type d’habitat et les conditions environnementales telles que la température et les variations saisonnières qui influencent cette diversité des sociétés de fourmis.

Les chercheur·euses ont utilisé des données relatives à 3299 espèces pour comprendre comment trois traits sociaux clés – taille de la colonie, structure reproductive (une ou plusieurs reines) et polymorphisme des ouvrières – varient. En regroupant les fourmis selon ces caractéristiques, les biologistes de l’Unil ont identifié trois grands groupes de sociétés. Ils ont ensuite quantifié la fréquence à laquelle chacun d’entre eux apparaît au sein d’un même biome (vaste région avec un climat, un sol et une végétation homogènes). Résultat: les mêmes types d’organisations sociales se retrouvent dans les mêmes types d’environnements, même sur des continents différents.

Une reine solo sous les tropiques

Le premier groupe est constitué de petites colonies, à une seule reine, et dont les ouvrières ont des formes et tailles différentes. Il est dominant dans les régions tropicales, caractérisées par des températures élevées et de faibles fluctuations entre les saisons. «Sous ces latitudes, la diversité et l’abondance de fourmis augmentent la concurrence pour l’espace, notamment pour trouver un site de nidification, favorisant les sociétés de petite taille. Dans ce contexte compétitif, avoir plusieurs castes d'ouvrières constitue un avantage pour exploiter une plus large gamme de ressources», détaille Eddie Pérochon, premier auteur de l’article paru dans PNAS et doctorant au DEE. Le climat, relativement constant, ne représente pas un défi particulier: une seule reine suffit. Explication : les fourmis sont ectothermes, leur température corporelle dépend de celle de leur environnement. De fortes variations des conditions extérieures réduisent donc les chances de survie d’une reine partie fonder une nouvelle colonie. La polygynie constitue alors un avantage. Sous les tropiques, la stabilité climatique favorise au contraire la monogynie.

De vastes colonies dans les déserts

Dans le deuxième groupe, les colonies sont grandes et les reines multiples, tout comme les morphologies des ouvrières. Ce genre de composition sociale se retrouve majoritairement dans les déserts. Pourquoi? Dans des environnements très arides, où la nourriture se fait rare, et où la compétition est donc féroce, avoir à disposition différents types d’ouvrières permet de mieux exploiter les maigres ressources. La vie en larges collectivités réduit quant à elle les risques de prédation et de dessiccation puisque chaque ouvrière passe moins de temps à l’extérieur du nid. Contrairement aux régions tropicales, établir une colonie dans le désert – les écarts de températures entre le jour et la nuit peuvent avoisiner les 50°C – constitue un réel danger. Mieux vaut s’y mettre à plusieurs: l’implantation d’un nouveau nid a ainsi plus de chances d’aboutir.

Des ouvrières similaires dans les régions tempérées 

Enfin, le troisième groupe, avec ses sociétés à plusieurs reines et ses ouvrières morphologiquement uniformes (monomorphisme), domine les régions tempérées, associées à des températures plus basses et de forts contrastes entre les saisons. Il est présent de l’Espagne au Japon, ainsi que dans certaines zones de l’hémisphère Sud (Nouvelle-Zélande et sud du Chili, notamment). Comme dans les déserts, l’exposition à de fortes variations thermiques, sur une base non plus quotidienne mais annuelle, accroît ici les risques liés à la fondation de nouveaux nids, favorisant les colonies polygynes. Cette saisonnalité pourrait aussi jouer en défaveur d’une plus grande division du travail, expliquant la présence d’une seule caste d’ouvrières: «Dans des conditions où les sources de nourriture peuvent changer d’un moment à l’autre, mieux vaut être une fourmi tout-terrain, polyvalente plutôt qu’ultra-spécialiste», résume Cleo Bertelsmeier, directrice de l’étude, pour expliquer le monomorphisme dans ce groupe.

Étude à l’échelle du globe

Obtenus en collaboration avec l’Université de Hong Kong, ces résultats soulignent le rôle crucial de l’environnement, qui favorise certains types d’organisations sociales plutôt que d’autres. Au fil de l’évolution, des sociétés de fourmis similaires ont ainsi émergé indépendamment dans des régions éloignées mais soumises aux mêmes contraintes. «Notre étude apporte un éclairage nouveau sur l’évolution des sociétés animales complexes», relate Cleo Bertelsmeier.

«Nous savions déjà que les avantages offerts par différentes formes de sociétés peuvent dépendre de la température, de l’humidité ou de la saisonnalité par exemple, note Eddie Pérochon. Cependant, les travaux antérieurs sur ce sujet s’étaient concentrés sur un nombre restreint d’espèces, une seule caractéristique sociale ou de petites échelles géographiques. Notre analyse, elle, a la particularité de combiner plusieurs traits sociaux qui ont évolué ensemble, et surtout, elle regroupe des milliers d’espèces de fourmis réparties sur l’ensemble de la planète, une première.»