Hydrocarbures cuticulaires

Alain Lenoir - Mis à jour le 04-Nov-2019 (article à compléter..)

Hydrocarbure : composé organique constitué exclusivement d’atomes de carbone et d’hydrogène. Ce sont des composés issus des produits pétroliers et des cires de l'épicuticule des végétaux. Les alcanes sont des hydrocarbures produits aussi par des cyanobactéries marines en grande quantité, entre 300 et 800 millions de tonnes par an !! Penser à une récolte possible ? (Jonhson 2019).

On les trouve aussi sur la cuticule des arthropodes, et donc des fourmis. Ils servent essentiellement à protéger contre la dessication et permettent la reconnaissance coloniale (voir d'Ettorre et Lenoir 2010). Laurent Keller et une équipe japonaise ont découvert qu'une hormone peptidique, l'inotocine ("oxytocin-vasopressin like", vous connaissiez ?) est responsable du changement de comportement en fonction de l'âge. Le taux d'hormone augmente avec l'âge et quand elle atteint un certain seuil la fourmi devient pourvoyeuse. Avec l'âge, jusqu'à 7 mois, l'augmentation du taux d'hormone change la composition de la cuticule et la surface du corps devient plus résistante à la sécheresse en jouant sur la synthèse des hydrocarbures. Ce sont surtout les alcanes linéaires qui sont modifiés, ce qui correspond bien à une augmentation de la résistance de la cuticule à la sécheresse (Koto et al 2019, voir Coulon 2019, Meurisse 2019). Gros et beau travail ...

Pour les analyser on utilise la spectrométrie de masse. Rémy Chauvin en 1988 (Voir texte) était déjà admiratif de ces nouvelles technologies. Pour extraire les hydrocarbures il faut un solvent comme le pentane ou l'hexane et passer l'extrait dans un chromaographe en phase gazeuse couplé à un spectromètre de masse. Il existe une nouvelle méthode qui permet de distinguer les hydrocarbures (sans identication je crois), la spectroscopie photoacoustique à infrarouges (Antonialli et al. 2008a; 2008b) qui permet de séparer les profils des espèces, des colonies et des castes.

   

Les hydrocarbures sont saturés (alkanes, méthylalkanes) ou avoir des doubles liaisons (alcènes). Voir les différents types (Barbero 2016).

Contrairement à ce que l'on pensait, les hydrocarbures saturés (alkanes C20 à C35) se retrouvent dans l'atmosphère sur les microparticules. On en a mesuré en Inde de 50 à 850ng/m3 (Shivani et al 2018, Gadi et al 2019). On en retrouve aussi dans le sol de zones hyper polluées comme à Lacq.

Plus sur les hydrocarbures :

Variations  de l'odeur selon les parties du corps
Il n'y a pas de variation de substances selon les endroits du corps. Cela a été vérifié pour 5 espèces de fourmis (Bagnères et Morgan 1990), mais chez
Camponotus vagus les proportions relatives d'alkanes branchés varient  entre la tête et le thorax dans un même nid (Bonavita-Cougourdan et al. 1987). Chez Lasius fuliginosus, mêem chose : le thorax présente un profil signicativement différent (Akino and Yamaoka 2002).

Les variations dans la colonie (âge, sous-castes)
Dans la colonie on trouve des différences dans le profil d'hydrocarbures des ouvrières. Chez Camponotus vagus c'est le cas entre ouvrières à l'intérieur du nid et les fourrageuses (Bonavita-Cougourdan et al. 1993). Cela est vérifié aussi chez d'autres espèces comme Myrmicaria (Kaib et al. 2000) et Pogonomyrmex barbatus (Wagner et al. 1998) où les ouvrières fourrageuses ont plus d'alkanes saturés sur leur cuticule. Idem chez 3 espèces de Formica (F exsecta, pratensis, lemani) et Lasius niger (Martin and Drijfhout 2009). Chez les abeilles c'est la même chose (Kather et al. 2011, Scholl & Naug 2011).

Le profil d'hydrocarbures des mâles d'abeille change avec l'âge et comporte plus d'alkanes saturés et d'alcènes (signe classique de vieillissement pour les alkanes), et 9 substances volatiles (la plupart non identifiées) permettant sans doute au moins en partie l'attractivité pour former les regroupements de mâles (Voir Essaimage).

Héritabilité des hydrocarbures
Les hydrocarbures sont considérés comme étant très fortement liés à l'hérédité (de nombreux travaux). Pourtant chez Monomorium pharaonis en élevage au laboratoire les hydrocarbures ont peu d'héritabilité, ce qui semble indiquer qu'ils sont sujets à sélection. C'est sans doute ce qui explique qu'en élevage en laboratoire ils varient facilement (Walsh et al 2019).

Perception des hydrocarbures
Avec électroantennographie on montre chez Camponotus floridanus la grande sensibilité aux divers hydrocarbures cuticulaires (Sharma et al. 2015).

Voir
- Akino, T. and R. Yamaoka (2002). Cuticular hydrocarbon profile as a critical cue candidate for nestmate recognition in Lasius fuliginosus (Hymenoptera: Formicidae). Entomological Science 5: 267-273.
- Antonialli, W. F., Jr., S. M. Lima, L. H. C. Andrade and Y. R. Suarez (2008a). Comparative study of the cuticular hydrocarbon in queens, workers and males of Ectatomma vizottoi (Hymenoptera, Formicidae) by Fourier transformation-infrared photoacoustic spectroscopy. Genet Mol Res 6: 492-499.
- Antonialli, W. F., Jr., Y. R. Suarez, T. Izida, L. H. C. Andrade and S. M. Lima (2008b). Intra- and interspecific variation of cuticular hydrocarbon composition in two Ectatomma species (Hymenoptera: Formicidae) based on Fourier transform infrared photoacoustic spectroscopy. Genet Mol Res 7(2): 559-566.
- Bagnères, A.-G. and E. D. Morgan (1990). A simple method for analysis of insect cuticular hydrocarbons. Journal of Chemical Ecology 16: 3263-3276.
- Barbero, F. (2016). Cuticular Lipids as a Cross-Talk among Ants, Plants and Butterflies. International Journal of Molecular Sciences 17(12). 10.3390/ijms17121966

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Bastin, F., F. Savarit, G. Lafon and J.-C. Sandoz (2017). Age-specific olfactory attraction between Western honey bee drones (Apis mellifera) and its chemical basis. PLOS ONE 12: e0185949. 10.1371/journal.pone.0185949
- Bonavita-Cougourdan A, Clément J-L, Lange C (1987) Nestmate recognition: the role of cuticular hydrocarbons in the ant Camponotus vagus Scop. J Entomol Sci 22:1-10
- Bonavita-Cougourdan, A., J.-L. Clément and C. Lange (1993). Functional subcaste discrimination (foragers and brood-tenders) in the ant Camponotus vagus Scop.: polymorphism of cuticular hydrocarbon patterns. Journal of Chemical Ecology 19: 1461-1477.
- Coulon, A. (2019) Le mécanisme de répartitions des tâches des fourmis découvert à l'UNIL. 6 mars 2019. Vidéo de 2 min sur le site de rts.ch. Pdf
- d'Ettorre, P. and A. Lenoir (2010). Nestmate recognition in ants. Ant Ecology. L. Lach, C. Parr and K. Abbott. Oxford, Oxford University Press: 194-209. Pdf
-
Gadi, R., Shivani, S. K. Sharma and T. K. Mandal (2019). Source apportionment and health risk assessment of organic constituents in fine ambient aerosols (PM2.5): A complete year study over National Capital Region of India. Chemosphere 221: 583-596. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.01.067
-
Jonhson, D. (2019). Du carburant venu des microbes. Courrier International 1496, 4-10 juillet 2019: p. 46.
- Kaib, M., B. Eisermann, E. Schoeters, J. Billen, S. Francke and W. Francke (2000). Task related variation of postpharyngeal and cuticular hydrocarbon compositions in the ant Myrmicaria eumenoides. J. Comp. Physiol. A 186: 939-948.
- Koto, A., N. Motoyama, H. Tahara, S. McGregor, M. Moriyama, T. Okabe, M. Miura and L. Keller (2019). Oxytocin/vasopressin-like peptide inotocin regulates cuticular hydrocarbon synthesis and water balancing in ants. Proceedings of the National Academy of Sciences: 201817788. 10.1073/pnas.1817788116
- Martin, S. J. and F. P. Drijfhout (2009). Nestmate and task cues are influenced and encoded differently within ant cuticular hydrocarbon profiles. Journal of Chemical Ecology: DOI 10.1007/s10886-10009-19612-x.
- Meurisse, M. (2019). L'hormone qui durcit la carapace des fourmis. Le Monde Sciences & Médecine 13 mars 2019. Pdf
- Sharma, Kavita R., Brittany L. Enzmann, Y. Schmidt, D. Moore, Graeme R. Jones, J. Parker, Shelley L. Berger, D. Reinberg, Laurence J. Zwiebel, B. Breit, et al. (2015). Cuticular Hydrocarbon Pheromones for Social Behavior and Their Coding in the Ant Antenna. Cell Reports 12: 1261-1271. 10.1016/j.celrep.2015.07.031
- Shivani, R. Gadi, S. K. Sharma, T. K. Mandal, R. Kumar, S. Mona, S. Kumar and S. Kumar (2018). Levels and sources of organic compounds in fine ambient aerosols over National Capital Region of India. Environmental Science and Pollution Research. 10.1007/s11356-018-3044-5

- Wagner, D., M. J. F. Brown, P. Broun, W. Cuevas, L. E. Moses, D. L. Chao and D. M. Gordon (1998). Task-related differences in the cuticular hydrocarbon composition of harvester ants, Pogonomyrmex barbatus. J. Chem. Ecol. 24: 2021-2037.
- Walsh, J., L. Pontieri, P. d'Ettorre and T. Linksvayer (2019). Ant cuticular hydrocarbons are heritable and associated with variation in colony productivity. bioRxiv. http://dx.doi.org/10.1101/819870

- Scholl, J. and D. Naug (2011). Olfactory discrimination of age-specific hydrocarbons generates behavioral segregation in a honeybee colony. Behavioral Ecology and Sociobiology, Springer Berlin / Heidelberg: 1-7.- Kather, R., F. Drijfhout and S. Martin (2011). Task Group Differences in Cuticular Lipids in the Honey Bee Apis mellifera. Journal of Chemical Ecology 37(2): 205-212.