Hydrocarbures cuticulaires

Alain Lenoir - Mis à jour le 13-Jan-2020 (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 :

Hydrocarbures et résistance à la dessiccation
La conservation de l'eau est un problème pour tous les organismes terrestres, en particulier pour les plus petits. L'évaporation d'eau est fonction de la surface du corps et la surface est proportionnellement plus grande pour les organimses plus petits (Hood & Tschinkel 90).

Une étude a été effectuée sur la viscosité des hydrocarbures sur 11 espèces de fourmis. Ils sont complètement liquides à 40°C. Certains profils différents peuvent avoir des viscosités comparables, ce qui signifie qu'ils sont adaptatifs et que les signaux de communication sont perçus indépendemment du profil (Menzel et al 2019).

Hydrocarbures et reconnaisance coloniale
On connait bien maintenant le rôle des hydrocarbures dans la reconnaissance coloniale - voir reconnaissance coloniale

Variations  de l'odeur selon les parties du corps
Il n'y a pas de variation de substances selon les endroits du corps chez 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, même chose : le thorax présente un profil signicativement différent (Akino and Yamaoka 2002).
Chez Lasius niger les pattes sont légèrement différentes en proportion par rapport au corps avec plus de n-alcanes (Lenoir et al 2009).

Les variations dans la colonie (âge, sous-castes)
Dans la colonie on trouve des différences dans le profil d'hydrocarbures des ouvrières.
La quantité d'HCs varie en fonction de l'âge. Les ouvrières nouveau-nées ont très peu d’HCs à l’émergence et peuvent être transférées dans une autre colonie de la même espèce et même d’une autre espèce. Je l'ai fait souvent pendant ma thèse d'Etat pour renforcer des colonies de  Lasius niger (Lenoir 1979). Cela a permis de faire des colonies mi
xtes de Manica rubida et Formica selysi (Errard 1994). La quantité d’HCs croit régulièrement avec l'âge pour atteindre le niveau des ouvrières matures. Cela prend 20 jours chez Aphaenogaster senilis (Ichinose et Lenoir 2009), 10 jours chez Cataglyphis iberica (Dahbi et al 1998). Chez la guêpe Polistes cela se fait en 3 jours (Lorenzi et al 2004a).
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 au moment de l'essaimage (Voir Essaimage).

Chez Camponotus vagus il y a des différences 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).

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, au moins chez les fourmis invasives (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).

Hydrocarbures des parasites
Les parasites M. karavajevi ont le même profil d'hydrocarbures cuticulaires que leur hôte. On ne sait pas comment cela apparait. Voir parasitisme social

Hydrocarbures des prédateurs
Formica archboldi sont prédatrices d'Odontomachus en Floride en utilisant l'acide formique. Elles collectionnent les têtes de leur victimes. Elles ont la même odeur que leurs proies (hydrocarbures cuticulaires), ce qui leur permet de passer inaperçues (Smith 2018, voir Dailygeekshow (2018)

Voir
- 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
- Dahbi, A., X. Cerdá and A. Lenoir (1998). Ontogeny of colonial hydrocarbon label in callow workers of the ant Cataglyphis iberica. Compte Rendus Académie des Sciences Paris 321: 395-402. Pdf
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- Ichinose, K., and Lenoir, A. (2009). Ontogeny of hydrocarbon profiles in the ant Aphaenogaster senilis and effects of social isolation. C.R. Biologies 332, 697-703. Pdf
- Lenoir, A. (1979). Le comportement alimentaire et la division du travail chez la fourmi Lasius niger. Bulletin Biologique de la France et de la Belgique 113: 79-314. Pdf
- Lenoir A., Depickère S., Devers S., Christidès J.-P., Detrain C. (2009) – Hydrocarbons in the ant Lasius niger: from cuticle to the nest and home range marking. Journal of Chemical Ecology, 35, 913-921. Doi : 10.1007/s10886-009-9669-6.
Pdf
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- 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.
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- Dailygeekshow (2018) Ces fourmis terrifiantes décapitent leurs victimes afin de collectionner leurs têtes. Dailygeekshow.com, 21 novembre 2018, p. https://dailygeekshow.com/fourmi-formica-archboldi-crane-proie-collection/ Avec vidéo
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