La socialité extrême des rats-taupes nus

Il existe très peu d'animaux plus étranges que le rat-taupe nu (Heterocephalus glaber). Comme leur nom l'indique, ce sont de petits rongeurs qui vivent sous terre — bien qu'ils ne soient pas très proches sur le plan évolutif de la taupe que nous connaissons en Israël. Et ils sont aussi nus, c'est-à-dire qu'ils n'ont presque pas de fourrure. Leur peau est rose et ridée, et ils ont un visage assez étrange, avec de petits yeux et de longues dents. Bien que ce soit une question d'opinion, il est tout à fait possible qu'il s'agisse de l'animal le plus laid du monde. Les rats-taupes nus vivent en Afrique de l'Est, et comme mentionné, ils sont étranges — ou, pour le dire de manière plus scientifique, ils possèdent un certain nombre de caractéristiques inhabituelles. Contrairement à la plupart des petits rongeurs, qui vivent au maximum quatre à cinq ans, les rats-taupes nus peuvent vivre plus de trente ans, et ils sont beaucoup moins sensibles que les autres mammifères aux maladies liées au vieillissement et au cancer. Ils sont également résistants à certains types de douleur : l'inflammation, par exemple, ne les dérange pas du tout. De plus, le rat-taupe nu fait partie des rares mammifères qui ne régulent presque pas leur température corporelle : leur température change en fonction de la température ambiante, comme on le voit chez les reptiles (« à sang froid »).

Enfin, le rat-taupe nu a un mode de vie presque unique parmi les mammifères, et plus similaire à ce que nous connaissons chez certains insectes, comme les fourmis ou les abeilles. Les rats-taupes vivent dans des colonies avec une reine, un à trois « rois » ou mâles reproducteurs, et un grand nombre d'ouvriers. La reine et les mâles qu'elle choisit comme partenaires sont les seuls à produire une descendance. Les ouvriers sont stériles et sont dans un état pré-pubère. Leur rôle, comme celui des abeilles ouvrières dans une ruche, est de s'occuper de la progéniture, de fournir de la nourriture et de garder la colonie.

Eusocialité : la véritable socialité

La véritable socialité, la vie en groupe et l'élevage conjoint de la progéniture sont très courants dans la nature. Chez de nombreuses espèces d'oiseaux, le mâle et la femelle couvent les œufs et fournissent de la nourriture à la progéniture, et certains, par exemple le choucador superbe (Lamprotornis superbus), sont aidés par d'autres oiseaux du groupe qui nourrissent également les oisillons et les gardent. Les lionnes gardent les lionceaux des membres de leur groupe et les allaitent même. Chez les suricates (Suricata suricatta), tout le groupe aide à élever la progéniture du couple dominant. Mais ce type de socialité est très différent de ce que nous voyons chez les insectes sociaux, comme les fourmis, les abeilles et les termites. Chez eux, il existe toute une classe d'ouvriers non reproducteurs, et leur vie est consacrée au service du groupe et à l'élevage de la génération suivante, qui sont tous les fils et filles de la reine. Dans de nombreux cas, la reine est impuissante sans les ouvriers, qui s'occupent d'elle et la nourrissent. Tous les individus de la ruche ou du nid travaillent pour un objectif commun, différents groupes remplissant différents rôles : défendre, construire, rassembler de la nourriture. Certains chercheurs qualifient tout le nid de superorganisme, une créature avec de nombreuses parties. Un tel mode de vie est appelé eusocialité, ou « véritable socialité ».

Au fil des ans, diverses définitions ont été données à ce concept. Edward Wilson, le fondateur du domaine de la sociobiologie qui a beaucoup étudié les insectes sociaux, avec Bert Hölldobler, a défini trois critères qu'un animal doit remplir pour être considéré comme eusocial :

Division du travail reproductif — c'est-à-dire qu'il y a des individus qui se reproduisent et des individus stériles qui les aident.
Coopération des membres du groupe dans l'élevage de la progéniture.
Chevauchement entre différentes générations, afin que les individus plus âgés puissent s'occuper des jeunes.

Les deux derniers critères sont très courants dans le règne animal, le critère le plus important est donc le premier : la division du travail reproductif. Et en effet, certaines des définitions ultérieures se concentrent sur ce point, selon lesquelles un animal n'est eusocial que s'il possède une couche d'individus incapables de se reproduire du tout. Si le couple dominant est le seul à produire une descendance, mais que le reste des individus est biologiquement capable de se reproduire — c'est la situation, par exemple, chez les suricates — l'animal n'est pas considéré comme eusocial selon cette définition, mais comme ayant une « reproduction coopérative ». D'autres chercheurs ont noté que, comme presque tout dans la nature, la socialité n'est pas un cas binaire de « oui » ou « non », mais un spectre, et l'eusocialité n'en est qu'un cas extrême. Selon cette approche, on peut classer les espèces comme « plus proches » ou « plus éloignées » de l'eusocialité.

Rat-taupe ou abeille ?

Parmi les mammifères, il existe très peu d'espèces qui montrent l'eusocialité dans toute sa splendeur, avec une division reproductive claire et une suppression de la fertilité chez les individus qui ne se reproduisent pas. Le rat-taupe nu est le plus connu et le plus étudié, mais il existe également un certain nombre d'autres espèces qui vivent de manière très similaire, parmi lesquelles le rat-taupe de Damaraland (Fukomys damarensis) d'Afrique australe et peut-être même d'autres espèces de rats-taupes — elles n'ont pas été suffisamment étudiées pour que nous puissions en être sûrs. Par le passé, les chercheurs pensaient que le rat-taupe nu était très proche sur le plan évolutif de ces espèces, et l'ont placé avec elles dans la famille des rats-taupes (Bathyergidae), mais un réexamen il y a plus de dix ans l'a placé dans sa propre famille, la famille des rats-taupes nus (Heterocephalidae).

Les rats-taupes nus vivent dans des colonies souterraines pouvant atteindre 300 individus, mais seuls la reine et jusqu'à trois mâles produisent une descendance. Les autres ont le statut d'ouvriers et, comme mentionné, ne sont pas fertiles. Ils rassemblent de la nourriture — principalement des racines qu'ils trouvent sous terre — nourrissent les petits, creusent des tunnels et les renforcent, et protègent la colonie des envahisseurs, tout comme le font les fourmis et les abeilles ouvrières. Lorsque la reine meurt, les ouvriers deviennent fertiles et certains d'entre eux commencent à montrer des comportements sexuels. Parallèlement, une lutte pour la succession commence, lorsque les femelles de statut supérieur se battent entre elles, parfois jusqu'à la mort. Cela continue jusqu'à ce que l'une des femelles gagne, tombe enceinte et prenne sa place en tant que nouvelle reine. Cependant, un cas de remplacement de reine sans lutte violente a été récemment documenté.

Comment la reine supprime-t-elle la fertilité des ouvriers, et avec elle l'agressivité des femelles, qui éclate dès que la colonie se retrouve sans reine ? Au fil des ans, les chercheurs ont proposé diverses réponses possibles à cette question. Certains ont suggéré que la reine, étant plus grande et plus forte que les autres individus, démontre sa domination en poussant les ouvriers et même en grimpant sur eux. En conséquence, les rats-taupes de rang inférieur sont dans un état de stress constant, ce qui affecte leur comportement et les hormones de leur corps. D'autres pensaient que, comme chez les fourmis et les abeilles, la reine sécrète une phéromone, une molécule qui est captée par les ouvriers et affecte leur physiologie, y compris les niveaux d'hormones liées à la reproduction.

La phéromone du rat-taupe

Dans une étude publiée récemment, les chercheurs ont découvert que la reine libère effectivement une certaine molécule capable de supprimer la fertilité des autres rats-taupes. Ils ont collecté des échantillons chimiques auprès de centaines de membres de la colonie de différents rangs et âges, et ont découvert que le myristate d'isopropyle, ou IPM en abrégé — une substance également utilisée dans divers produits cosmétiques — est sécrété par la reine, mais pas par les ouvriers. Lorsque les chercheurs ont retiré la reine d'une colonie, mais l'ont pulvérisée chaque jour avec de l'IPM, les ouvriers ne sont pas devenus fertiles. « C'est un contraceptif extrêmement efficace, si vous êtes un rat-taupe nu », a déclaré Lewin. Leur comportement n'a pas non plus changé, et les femelles n'ont pas commencé à s'attaquer les unes aux autres, comme cela s'est produit après l'arrêt de la pulvérisation de la substance. « Nous avons créé la paix et la tranquillité », a déclaré Gary Lewin, le chercheur principal qui a signé l'article, dans une interview avec le site New Scientist. « C'est probablement le résultat le plus spectaculaire. »

Comment une seule molécule provoque-t-elle un changement aussi important, tant au niveau du comportement que de la physiologie ? Les chercheurs ont montré que l'IPM active différentes zones du cerveau des rats-taupes nus, y compris l'hypothalamus, qui est responsable, entre autres, de la production de diverses hormones. Chez les rats-taupes non reproducteurs exposés à la molécule, le niveau de l'hormone prolactine a augmenté, ce qui inhibe à son tour la libération d'hormones liées à la maturation sexuelle et au développement des organes reproducteurs, comme la progestérone chez les femelles et la testostérone chez les mâles. La prolactine est importante pour la production de lait chez les mammifères, et chez les mères allaitantes, son niveau est plus élevé que la normale. C'est la raison pour laquelle les mères allaitantes n'ovulent généralement pas et n'ont pas de règles (bien qu'il soit important de noter qu'il existe de nombreuses exceptions à cette règle, et que de nombreux bébés sont nés de celles qui s'y fiaient comme moyen de contraception). Les changements dans les niveaux d'hormones affectent apparemment aussi le comportement des ouvriers, les maintenant dans un état calme et paisible.

La reine répand son odeur

L'IPM n'est pas une molécule très volatile, et elle ne passe pas facilement dans l'air. Comment atteint-elle tous les recoins de la colonie et affecte-t-elle chaque individu ? Il semble que la reine s'en occupe spécifiquement. « On sait que la reine patrouille tous les bords de la colonie souterraine, qui dans la nature peut atteindre trois kilomètres », a déclaré Lewin. « C'est ainsi qu'elle s'assure que tous les membres de la colonie sont exposés à l'odeur. » De plus, l'habitude de la reine de grimper et de ramper sur les ouvriers dans les tunnels étroits l'aide à répandre son odeur efficacement, directement dans le nez de ses sujets. Cela soulève une question intéressante : si l'odeur atteint partout, alors elle atteint sûrement le nez de la reine, qui produit la molécule, et le nez des mâles avec lesquels elle s'accouple. Et pourtant, la reine et les mâles qu'elle a choisis conservent leur fertilité. Comment la reine parvient-elle à éviter l'influence de sa propre odeur ? Les chercheurs n'ont toujours pas de réponse claire à ce sujet, mais il existe des hypothèses. Ils suggèrent que lorsqu'une femelle atteint le statut de reine, elle subit des changements physiologiques qui la font cesser de répondre à la molécule. Il est possible, par exemple, qu'elle ait moins de récepteurs dans le cerveau pour la prolactine, et qu'elle ne réagisse donc pas de la même manière à l'augmentation de son niveau, ou qu'il existe des différences entre la reine et les ouvriers dans les récepteurs de l'IPM lui-même. Les mêmes changements peuvent également se produire dans le cerveau et le corps des mâles reproducteurs après que la reine les a choisis, bien que nous ne sachions pas ce qui les provoque. Pour l'instant, ce ne sont guère plus que des suppositions — des recherches supplémentaires seront nécessaires pour répondre à cette question.

De la sécheresse à la socialité

La nouvelle recherche a révélé comment fonctionne la société eusociale des rats-taupes nus, et comment la reine s'assure que les ouvriers restent stériles et ne menacent pas l'ordre social. Elle n'explique cependant pas comment l'eusocialité s'est développée au cours de l'évolution. Une telle situation est très rare chez les mammifères — pourquoi est-elle apparue spécifiquement chez les rats-taupes nus, et probablement chez quelques autres espèces d'une famille proche ? Il n'y a toujours pas de réponse unique à cela non plus, et il existe plusieurs hypothèses qui ne sont pas nécessairement contradictoires. L'une des principales attribue le développement de l'eusocialité aux conditions environnementales difficiles auxquelles le rat-taupe nu doit faire face. Les rats-taupes se nourrissent de racines et de tubercules, mais ils vivent dans des zones sèches où il est difficile de trouver de telles friandises. D'un autre côté, lorsqu'ils trouvent un gros tubercule, il peut nourrir plusieurs rats-taupes. Une grande colonie avec de nombreux individus a donc de meilleures chances de trouver de la nourriture qui suffira à tout le monde. De plus, lorsqu'il y a plus d'individus, il est plus facile de creuser et d'entretenir de longs tunnels, surtout dans les zones où il ne pleut pas beaucoup et où le sol est sec et dur. Selon cette hypothèse, la difficulté d'obtenir de la nourriture et d'entretenir les tunnels conduit au fait que la meilleure stratégie pour les petits est de rester avec les parents dans la colonie, afin que tout le monde puisse partager les tubercules qu'ils trouvent — et ne pas partir seul pour une vie indépendante. Cela conduit à des groupes plus grands, dans lesquels plusieurs générations vivent ensemble. Il est facile de voir comment, dans de tels groupes, une situation peut se développer où les frères et sœurs plus âgés aident à élever les plus jeunes. Comme les frères et sœurs partagent en moyenne environ la moitié de leur matériel génétique, s'occuper de leurs jeunes frères et sœurs aide également certains de leurs gènes partagés à passer à la génération suivante.

Le premier problème avec cette hypothèse est que vivre dans un grand groupe, et même aider à élever la progéniture, ne nécessite pas l'eusocialité et la division des individus en reine et ouvriers. De nombreux animaux s'aident mutuellement à s'occuper des petits ou des oisillons, sans être eusociaux. Cependant, on peut imaginer une façon dont le séjour des petits dans le groupe où ils sont nés conduit finalement à l'eusocialité. Dans un tel cas, la progéniture n'a personne avec qui se reproduire, à part ses frères et sœurs ou ses parents — une chose fortement déconseillée, qui augmente le risque que des gènes avec des mutations nocives s'expriment. Il est possible qu'il y ait un avantage, par conséquent, à une situation où les parents sont les seuls à se reproduire, et où la fertilité du reste des membres du groupe est supprimée. Ces individus qui ne peuvent pas se reproduire contribuent à la transmission de leurs gènes de la seule manière qui leur reste — en s'occupant de leurs frères et sœurs. Ainsi, on peut passer d'une progéniture qui reste avec ses parents, par exemple en raison de la difficulté d'obtenir de la nourriture, à la division du travail reproductif qui caractérise l'eusocialité. Un autre argument contre l'hypothèse des conditions environnementales est qu'il existe pas mal d'autres animaux, y compris ceux qui vivent dans des tunnels et se nourrissent d'un menu similaire à celui du rat-taupe nu, qui vivent dans le désert et ne sont pas eusociaux — ou même ne vivent pas du tout en groupes. D'un autre côté, les animaux développent des adaptations de divers types à leurs conditions environnementales, et le fait que tout le monde ne devienne pas eusocial face à une pénurie alimentaire ne signifie pas que ces conditions n'ont pas influencé l'évolution de l'eusocialité chez le rat-taupe nu.

La génétique de la socialité

Une autre hypothèse pour le développement de l'eusocialité concerne la proximité génétique entre les membres du groupe. Chez les fourmis et les abeilles, il existe un mécanisme d'hérédité spécial qui conduit à une proximité génétique plus grande que d'habitude entre les ouvriers. Pour le comprendre, décrivons d'abord comment fonctionne le mécanisme d'hérédité pour nous. Chacun de nous possède 46 chromosomes, dont chacun est une longue molécule d'ADN. Ces chromosomes sont en fait un double ensemble, deux systèmes de 23 chromosomes presque identiques. Un système de 23 chromosomes que nous avons reçu de maman, et le second de papa. C'est le mécanisme chez la plupart des animaux et des plantes, avec un nombre variable de chromosomes. Chez les insectes de l'ordre des Hyménoptères, qui comprend les abeilles, les fourmis et les guêpes, chaque individu ne possède pas un tel double ensemble. Les femelles reçoivent un système chromosomique de leur père et le second de leur mère, la reine, tout comme nous. Mais les mâles se développent à partir d'œufs qui n'ont pas été fécondés par du sperme, ils n'ont donc pas de père du tout — ils ne reçoivent qu'un seul système chromosomique, celui qui vient de la mère. Ce fait affecte la proximité génétique entre les ouvriers. Pour nous et la plupart des animaux, les frères et sœurs partagent, en moyenne, la moitié de leurs gènes. C'est parce que chacun des parents transmet la moitié de ses gènes à chacun des enfants, et, en moyenne, il y aura un chevauchement de cinquante pour cent dans les gènes qu'ils transmettront à chacun. Chez les Hyménoptères, le père transmet tous ses gènes, le seul ensemble qu'il possède, à toutes ses filles — elles reçoivent donc toutes le même matériel génétique du père. La mère, contrairement à lui, transmet toujours la moitié de ses gènes à ses filles. Il s'ensuit que les ouvriers qui sont des sœurs à part entière partagent 75 pour cent de leurs gènes, en moyenne, avec leurs sœurs — beaucoup plus qu'avec nous. Un tel mécanisme d'hérédité peut grandement contribuer au développement de l'eusocialité, car lorsque les ouvriers s'occupent de leurs sœurs, ils aident leurs gènes à passer aux générations suivantes — et ils partagent avec elles, comme mentionné, une très grande partie des gènes, plus que les parents ne partagent avec leur progéniture. S'il existe un gène qui pousse un ouvrier à nourrir ses sœurs et à s'occuper d'elles, il y a de fortes chances qu'il se retrouve à la fois chez l'ouvrier et chez la jeune fourmi dont il s'occupe. La jeune fourmi en bénéficiera, elle aura de meilleures chances de survivre, et ainsi le gène se propagera dans la population. Cependant, le mécanisme d'hérédité des Hyménoptères ne garantit pas l'eusocialité — il existe des insectes de cet ordre, comme diverses espèces de guêpes, qui ne sont pas du tout sociaux — et on peut atteindre l'eusocialité même sans lui. Les termites, par exemple, mènent un mode de vie très similaire à celui des fourmis, même s'il n'y a pas de proximité génétique plus grande que d'habitude entre les ouvriers du nid.

Un mystère sous forme de rongeur nu

Et qu'en est-il des rats-taupes nus ? Leurs gènes sont hérités exactement comme nos gènes et ceux de tous les mammifères, de sorte que les frères et sœurs ne sont pas génétiquement spéciaux. Mais diverses études dans lesquelles les chercheurs ont examiné le matériel génétique des rats-taupes ont montré qu'ils ont plus de consanguinité par rapport aux autres mammifères, ce qui augmente la similitude génétique entre les membres de la colonie. Les animaux évitent généralement de s'accoupler avec leurs proches parents, et il existe divers moyens de s'en assurer — par exemple, chez de nombreuses espèces, soit les femelles, soit les mâles quittent le groupe lorsqu'ils atteignent la maturité et passent à un autre groupe. Il est possible que les choses soient différentes pour les rats-taupes nus : des expériences ont montré que leurs nouvelles colonies peuvent se former lorsque tous les petits, mâles et femelles, restent avec les parents. Cependant, des études ultérieures ont montré qu'il existe des colonies de rats-taupes nus dans lesquelles la proximité génétique entre frères et sœurs est d'environ cinquante pour cent, comme on pourrait s'y attendre, et non plus élevée en raison de la consanguinité. Il est possible qu'il existe des colonies dans lesquelles la proximité génétique entre leurs membres est plus élevée, peut-être en raison de conditions extérieures qui ont rendu la migration entre les groupes difficile, mais il semble que ce ne soit pas la règle pour tous les rats-taupes nus.

Les deux hypothèses que nous avons présentées ici ne se contredisent pas, et peut-être même se complètent : il est possible que les conditions environnementales difficiles aient conduit à la formation de grands groupes, et à la suppression de la tendance à quitter le groupe dans lequel on est né. Le séjour des mâles et des femelles dans le même groupe peut conduire à la consanguinité, ce qui augmente la similitude génétique entre les membres de la colonie, et soutient l'évolution de l'aide et de la prise en charge de la progéniture. Cependant, la proximité génétique seule n'explique pas le phénomène, et comme mentionné, la consanguinité n'est pas une caractéristique nécessaire de toutes les colonies. Certaines des caractéristiques particulières des rats-taupes nus sont également probablement liées à l'eusocialité — en particulier leur longue durée de vie et leur maturation lente. Les rats-taupes nus peuvent vivre plus de trente ans, plus longtemps que n'importe quel autre rongeur. Les femelles restent fertiles jusqu'à environ 28 ans. En raison de la longue durée de vie, plusieurs générations peuvent vivre ensemble dans la colonie, les premières s'occupant des dernières. Les rats-taupes nus mûrissent également lentement par rapport à de nombreux petits rongeurs, et par conséquent, la progéniture nécessite des soins et une alimentation plus longs. En conséquence, il est plus difficile pour la mère de les élever sans l'aide des membres du groupe — qu'elle reçoit bien sûr en abondance dans ce cas. La longue durée de vie et la maturation lente ont-elles contribué au développement évolutif de l'eusocialité ? Ou peut-être l'eusocialité et l'élevage conjoint de la progéniture qu'elle inclut ont-ils permis aux petits de mûrir plus lentement ? Il est difficile de répondre à cette question, et il est également possible que ces traits se nourrissent mutuellement et se soient développés en parallèle. Il y a encore beaucoup de choses que nous ne savons pas sur les rats-taupes nus — tant en ce qui concerne leur mode de vie particulier et la façon dont il s'est développé, qu'en ce qui concerne leurs autres caractéristiques inhabituelles. Les chercheurs continueront certainement à découvrir leurs secrets pendant de nombreuses années.

Dr Yonat Eshchar, rédactrice en chef du site de l'Institut Davidson pour l'éducation scientifique, la branche éducative de l'Institut Weizmann.