Division of labor in insect societies : genetic components and physiological regulation

The shift from solitary to social organisms constitutes one of the major transitions in evolution. The highest level of sociality is found in social insects (ants, termites and some species of bees and wasps). Division of labor is central to the organization of insect societies and is thought to be at the root of their ecological success. There are two main levels of division of labor in social insect colonies. The first relates to reproduction and involves the coexistence of queen and worker castes: while reproduction is usually monopolized by one or several queens, functionally sterile workers perform all the tasks to maintain the colony, such as nest building, foraging or brood care. The second level of division of labor, relating to such non-reproductive duties, is characterized by the performance of different tasks or roles by different groups of workers. This PhD aims to better understand the mechanisms underlying division of labor in insect societies, by investigating how genes and physiology influence caste determination and worker behavior in ants. In the first axis of this PhD, we studied the nature of genetic effects on division of labor. We used the Argentine ant Linepithema humile to conduct controlled crosses in the laboratory, which revealed the existence of non-additive genetic effects, such as parent-of-origin and genetic compatibility effects, on caste determination and worker behavior. In the second axis, we focused on the physiological regulation of division of labor. Using Pogonomyrmex seed- harvester ants, we performed experimental manipulation of hibernation, hormonal treatments, gene expression analyses and protein quantification to identify the physiological pathways regulating maternal effects on caste determination. Finally, comparing gene expression between nurses and foragers allowed us to reveal the association between vitellogenin and worker behavior in Pogonomyrmex ants. This PhD provides important insights into the role of genes and physiology in the regulation of division of labor in social insect colonies, helping to better understand the organization, evolution and ecological success of insect societies. - L'une des principales transitions évolutives est le passage de la vie solitaire à la vie sociale. La socialité atteint son paroxysme chez les insectes sociaux que sont les fourmis, les termites et certaines espèces d'abeilles et de guêpes. La division du travail est la clé de voûte de l'organisation de ces sociétés d'insectes et la raison principale de leur succès écologique. La division du travail s'effectue à deux niveaux dans les colonies d'insectes sociaux. Le premier niveau concerne la reproduction et implique la coexistence de deux castes : les reines et les ouvrières. Tandis que la reproduction est le plus souvent monopolisée par une ou plusieurs reines, les ouvrières stériles effectuent les tâches nécessaires au bon fonctionnement de la colonie, telles que la construction du nid, la recherche de nourriture ou le soin au couvain. Le second niveau de division du travail, qui concerne les tâches autres que la reproduction, implique la réalisation de différents travaux par différents groupes d'ouvrières. Le but de ce doctorat est de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents de la division du travail dans les sociétés d'insectes en étudiant comment les gènes et la physiologie influencent la détermination de la caste et le comportement des ouvrières chez les fourmis. Dans le premier axe de ce doctorat, nous avons étudié la nature des influences génétiques sur la division du travail. Nous avons utilisé la fourmi d'Argentine, Linepithema humile, pour effectuer des croisements contrôlés en laboratoire. Cette méthode nous a permis de révéler l'existence d'influences génétiques non additives, telles que des influences dépendantes de l'origine parentale ou des effets de compatibilité génétique, sur la détermination de la caste et le comportement des ouvrières. Dans le second axe, nous nous sommes intéressés à la régulation physiologique de la division du travail. Nous avons utilisé des fourmis moissonneuses du genre Pogonomyrmex pour effectuer des hibernations artificieHes, des traitements hormonaux, des analyses d'expression de gènes et des mesures de vitellogénine, ce qui nous a permis d'identifier les mécanismes physiologiques régulant les effets maternels sur la détermination de la caste. Enfin, la comparaison d'expression de gènes entre nourrices et fourrageuses suggère un rôle de la vitellogénine dans la régulation du comportement des ouvrières chez les fourmis moissonneuses. En détaillant les influences des gènes et de la physiologie dans la régulation de la division du travail dans les colonies d'insectes sociaux, ce doctorat fournit d'importantes informations permettant de mieux comprendre l'organisation, l'évolution et le succès écologique des sociétés d'insectes.

A l'écoute des Muses en Grèce archaïque :

Si on raconte volontiers que les Muses sont des divinités féminines d'origine grecque, en lien avec l'art et à l'inspiration, on est toutefois bien démuni lorsqu'il s'agit d'en présenter une image claire. Liées qu'elles sont aux mystères de la création, elles ne s'inscrivent que difficilement dans notre vision pragmatique et utilitaire du monde, - et par suite dans les concepts, catégories et autres réflexes inhérents à notre raison moderne. N'étant pas des figures historiques factuelles et univoques, mais des déesses et personnages mythiques, par définition multiples et ambigus, elles sont impossibles à déterminer en bonne et due forme en leur complexe réalité. Comment faire alors pour ne pas se fourvoyer en se mettant à l'écoute des Muses telles qu'elles apparaissent à l'aube de notre tradition, dans les textes de la Grèce archaïque (8è-5è s. av. J.-C.) ? Il faut d'abord constituer un corpus cohérent : à l'exception des tragédies et comédies ainsi que des écrits aujourd'hui classés en philosophie, l'étude prend en considération tous les passages explicitement ou implicitement musicaux de cette époque - un ensemble de 250 extraits de 22 auteurs et 2 corpus de textes pour un total de 279 occurrences musicales. Il s'agit ensuite de faire un pari : gager que loin d'être de simples fictions ou enjolivures, les Muses ont une existence, importance et partant influence bien réelle pour les Grecs ; que chacune de leurs mentions ou évocations exprime une expérience sincère, dénuée de faux-semblant et forte d'une certaine cohérence logique. Il convient enfin d'employer - par-delà les diverses écoles et chapelles - tous les moyens d'investigation à disposition pour creuser et déployer en toute patience et toute rigueur chacun des passages qui concerne, directement ou indirectement, les divinités ; non sans à la fois tout mettre en oeuvre pour ne pas y plaquer nos vues et par suite éviter tout anachronisme. Au vu des divergences que présentent les textes - en fonction de l'époque, des genres poétiques, sans doute également de la sensibilité des auteurs et de la nature de leur auditoire -, on a tôt fait de remarquer que loin de former une vérité unique, les multiples indications musicales constituent bien plutôt une somme de vérités successives, tantôt individuelles, propres à tel ou tel chanteur ou chanteur-poète, tantôt communes à quelques-uns, parfois semblables chez tous. Dépendantes à la fois de la tradition et de l'expérience individuelle, elles présentent somme toute une instructive multiplicité de constantes et de variantes. L'enjeu de chacun des six mouvements du travail - qui concernent respectivement les chants d'Homère, d'Hésiode, des Hymnes homériques, les fragments lyriques, ainsi que les vers de Pindare et de Bacchylide - est de repérer, dévoiler et valoriser les continuités et divergences à l'oeuvre. Les résultats ont été synthétisés dans autant de reprises, à chaque fois centrées sur les questions rectrices de l'origine, de la nature, des rôles et de l'influence des Muses, dans le but de dégager l'image la plus nette possible des divinités et de gagner une vue d'ensemble inédite offrant un nouvel éclairage du phénomène musical à ses origines. S'il ne fallait retenir que trois gains, ce seraient ceux-ci: 1. Bien que mêlant quantité de ressemblances et de dissemblances a priori fantaisistes, la pléthore d'attributs et d'épithètes musicaux s'inscrit dans une étonnante logique - appelée musicale -, qui déborde par maints côtés notre vision rationnelle-morale du monde. 2. Si les rapports qu'entretiennent les chanteurs et chanteurs-poètes avec les Muses sont multiples et s'inscrivent dans un mouvement non linéaire, ils se situent cependant entre deux relations extrêmes, allant de la « fusion » (Homère) à la « confusion » (Bacchylide). 3. Se faisant jour pour célébrer et rappeler les hauts-faits divins ou/et humains du monde, la tâche des Muses s'avère finalement de l'ordre de l'éducation : par l'intermédiaire des chanteurs(-poètes), elles ouvrent les hommes à l'équilibre et à l'harmonie de toute chose au sein du monde.