Comportement animal

La drosophile comme organisme modèle

La mouche commune des fruits, Drosophila melanogaster, est un organisme modèle largement utilisé en biologie, bien qu’elle puisse être plus communément reconnue comme un ravageur frugivore. Il y a de multiples raisons qui font de D. melanogaster un excellent organisme expérimental : leur temps de génération d’environ deux semaines permet d’étudier plusieurs générations, ils sont facilement maintenus dans de très petits tubes et leur dimorphisme sexuel permet aux chercheurs de distinguer facilement les mâles qui ont une coloration noire vers l’arrière et les femelles qui ont un abdomen en bandes.

Thomas Hunt Morgan et ses étudiants ont été parmi les premiers à utiliser la drosophile, au début du XXe siècle. En 1933, Morgan a reçu un prix Nobel pour sa découverte du rôle des chromosomes dans l’hérédité, fondée sur ses observations de la drosophile mutante. Morgan a poursuivi ses études en générant de nouveaux mutants avec des radiations. La présence de plusieurs mutants ayant des effets discrets sur l’apparence de la mouche lui a permis d’examiner les modèles d’hérédité multifactorielle. Un aspect clé de ses premiers travaux a été la découverte de violations apparentes de la deuxième loi de Mendel, qui stipule que les gènes se séparent indépendamment les uns des autres. Les observations de Morgan ont indiqué que les gènes ne se séparent pas indépendamment s’ils sont réunis sur le même chromosome. De plus, il est devenu possible de déterminer l’emplacement des gènes sur un chromosome les uns par rapport aux autres grâce à des analyses de la fréquence à laquelle ils se recombinent, déclenchant ainsi des études de cartographie génétique pour identifier l’emplacement d’un gène et les distances entre les gènes. Par conséquent, les associés du laboratoire de Morgan ont reçu deux prix Nobel supplémentaires pour d’autres études sur la génétique de la drosophile. Le succès de Morgan et l’accumulation d’informations sur la drosophile ont inspiré d’autres personnes à les adopter comme organismes expérimentaux, ce qui a ajouté à notre connaissance d’eux et a progressivement augmenté leur valeur en tant qu’organisme modèle. D’autres scientifiques ont développé de nombreuses mutations. Plus de 27 000 lignées uniques de drosophiles sont maintenant maintenues en tant que cultures mères dans les centres de stockage de drosophile et sont facilement disponibles pour les laboratoires qui les utilisent comme outils pour étudier divers aspects de la biologie, y compris le comportement¹.

Éthologie de la drosophile

Le comportement animal, ou éthologie, est l’étude de la façon dont les animaux interagissent les uns avec les autres et avec leur environnement. Bien qu’il s’agisse d’un domaine biologique relativement jeune, l’éthologie a des implications importantes puisque la survie d’un organisme dépend de son comportement vis-à-vis des partenaires possibles, des sources de nourriture et des obstacles naturels. L’étude de ces organismes aide les scientifiques à comprendre les contextes de ces comportements et les mécanismes sous-jacents de leur évolution. Ainsi, l’un des objectifs de l’étude du comportement animal est de trouver une base génétique pour les comportements manifestés par des individus ou des groupes d’individus. Par exemple, la sélection de la parenté, proposée pour la première fois par William Hamilton, suggère que les individus se comporteront de manière altruiste lorsqu’ils feront un sacrifice pour un membre de la famille plutôt que pour un étranger². En effet, les individus apparentés partagent plus de gènes que les individus non apparentés, et la reproduction future par leurs parents contribue d’une certaine manière à leur propre forme physique ou succès reproducteur. Par conséquent, l’observation de la façon dont des organismes comme la drosophile interagissent avec leur environnement peut nous permettre de comprendre comment ces comportements sont câblés. De plus, ces comportements donnent un aperçu de la façon dont ces organismes se sont adaptés pour faire face à leur environnement et survivre.

Les comportements directionnels sont couramment étudiés pour comprendre comment et pourquoi un organisme se déplace dans son environnement. La kinésie et les taxis sont deux formes de comportements directionnels. La kinésie implique des mouvements induits par des stimuli dans des directions aléatoires, tels que le mouvement aléatoire des mouches lorsqu’elles sont chassées. D’autre part, les taxis impliquent un mouvement induit par un stimulus vers une direction spécifique, comme des papillons de nuit volant vers une ampoule. Les comportements des taxis sont positifs si l’animal se déplace vers le stimulus et négatifs si l’animal s’éloigne du stimulus. De plus, les comportements des taxis sont nommés en fonction du stimulus spécifique qui les induit. Par exemple, la géotaxie est une réponse à la gravité, où la géotaxie positive signifie que l’organisme se déplace avec la gravité. La phototaxie est un mouvement en réponse à la lumière, comme la phototaxie positive des papillons de nuit vers une ampoule. De même, la chimiotaxie est l’attraction ou l’évitement d’un signal chimique en suspension dans l’air, comme la chimiotaxie négative de nombreux prédateurs, y compris les humains, en réponse à l’odeur d’un spray de moufette. De plus, il existe de nombreux autres types de taxes qui sont étudiés par les scientifiques, notamment l’aérotaxie, la barotaxie, l’hydrotaxie et la magnétotaxie, qui sont des mouvements en réponse à l’oxygène, à la pression, à l’eau et aux champs magnétiques, respectivement.

Etude du comportement des taxis drosophiles

Une méthode courante et simple pour étudier le comportement des taxis de drosophile consiste à utiliser une chambre de choix, qui permet d’observer une réponse directionnelle de la mouche à un stimulus particulier, tel que la gravité, la lumière ou un produit chimique. Les drosophiles sont insérées au centre de la chambre de choix, puis laissées se promener librement dans la chambre, qui est conçue de manière à ce que des stimuli alternatifs puissent être présentés de côtés opposés. Après une période d’errance, le nombre de mouches est compté de part et d’autre de la chambre de choix. Le nombre de mouches de chaque côté de la chambre est ensuite analysé avec le test du Chi carré pour évaluer s’il y a ou non une préférence pour un stimulus.

La comparaison du comportement directionnel de la drosophile mutante et de la drosophile de type sauvage permet aux chercheurs de déterminer le rôle du gène muté dans ce comportement spécifique. De plus, les scientifiques tentent également de comprendre comment les animaux décident de ce qu’ils doivent faire en présence de combinaisons de stimuli, y compris des stimuli conflictuels³. Ensemble, ces études peuvent aider à prédire comment les organismes réagiront à certains stimuli ou changements dans les facteurs environnementaux.

Références

1. Cook KR, Parks AL, Jacobus LM, Kaufman TC, Matthews K. Nouvelles ressources de recherche au Bloomington Drosophila Stock Center. mouche. 2010, vol. 4, 1 : 88-91.
2. WD, Hamilton. L’altruisme et les phénomènes associés, principalement chez les insectes sociaux. Ann Rev Ecol Systematics. 1972, vol. 3, 193-202.
3. Gepner R, Skanata MM, Bernat NM, Kaplow M, Gershow M. Calculs sous-jacents aux photo-taxis, aux taxis olfactifs et à l’intégration multisensorielle de la drosophile. eLife. 2015, vol. 4, e06229.

Avez-vous déjà laissé un bol de fruits à l’extérieur pendant un moment et y êtes-vous revenu pour découvrir une colonie de mouches des fruits ? Mais pourquoi la mouche des fruits est-elle attirée par les fruits mûrs en premier lieu ? En d’autres termes, quel est le stimulus qui leur indique où aller ? Cette analyse fait partie d’un domaine plus large appelé éthologie, qui est l’étude du comportement animal.

Un stimulus peut provoquer deux types de mouvements d’animaux. Kinesis, qui est non directionnel ou aléatoire, ou taxis, qui est directionnel. Un exemple de kinésie serait le mouvement des mouches dans des directions aléatoires lorsqu’elles sont chassées. À l’inverse, un exemple de taxis serait le mouvement dirigé des mouches vers les fruits mûrs. Ce type spécifique de taxis est appelé chimiotaxie et puisqu’il s’agit d’un stimulant, la nourriture, il est également défini comme une chimiotaxie positive. Un exemple de chimiotaxie négative serait la mouche qui s’éloigne d’un insectifuge. Un autre type courant de taxis est la phototaxie, c’est-à-dire que le mouvement est une réponse à un stimulus lumineux. Les papillons de nuit présentent une phototaxie positive lorsqu’ils se dirigent vers une source de lumière. Au contraire, les cafards qui s’enfuient lorsque la lumière est allumée ont une phototactique négative. La géotaxie, également connue sous le nom de gravitaxie, est un mouvement en réponse à la gravité. Se déplacer dans le sens de la gravité est une géotaxie positive, tandis qu’un mouvement dans la direction opposée est une géotaxie négative. Il existe de nombreux autres types de taxis, notamment l’aérotaxie, la barotaxie, l’hydrotaxie et la magnétotaxie - qui sont respectivement des mouvements en réponse à l’oxygène, à la pression, à l’eau et aux champs magnétiques.

Alors pourquoi les scientifiques étudient-ils de tels comportements animaux ? L’un des objectifs peut être de trouver la base génétique des comportements manifestés par des individus ou des groupes au sein d’une espèce. Parfois, un comportement peut même être attribué à une mutation spécifique dans un seul gène. À plus grande échelle, comprendre comment la génétique et les traits comportementaux sont liés peut également nous aider à mieux comprendre les comportements dans le règne animal, y compris le nôtre.

Dans ce laboratoire, vous évaluerez les réponses géotactiques, phototactiques et chimiotactiques de la mouche des fruits Drosophila melanogaster, à l’aide de chambres de choix.