Eusocialité et division du travail

Organisation sociale

Différents niveaux d’organisation sociale sont observés au sein du règne animal, allant du plus simple au plus complexe. Ces systèmes peuvent grandement améliorer la survie et le succès reproductif d’un individu ou d’une population. Parmi ceux-ci, l’eusocialité est le plus haut niveau d’organisation sociale, impliquant des divisions du travail basées sur les castes sociales. Cependant, ce système est rarement observé dans la nature, car il oblige les individus à aider les autres dans la population à de grands coûts de survie ou de reproduction pour eux-mêmes¹. Lorsque ce comportement, appelé altruisme, a été observé à l’origine chez des espèces comme l’abeille, cela a amené les premiers biologistes de l’évolution à reconsidérer leur définition archaïque de l’aptitude évolutive. Les théories originales ne considéraient la condition physique qu’à un niveau individuel. Cependant, à la lumière des systèmes eusociaux, W. D. Hamilton a d’abord proposé une théorie de l’aptitude inclusive. Cela postule que la mesure de la condition physique d’un individu peut inclure la capacité reproductive des membres de la famille, qui portent également une partie des gènes de cet individu. De cette façon, il peut être logique sur le plan évolutif pour les individus de faire des sacrifices personnels au profit d’individus apparentés.

Lien de parenté

La théorie de Hamilton est fondée sur le concept de parenté, qui est défini comme la proportion de gènes partagés entre deux individus. Par exemple, 50 % des gènes d’un individu sont partagés avec la progéniture directe, alors que seulement 25 % sont présents dans la génération suivante. Par conséquent, l’investissement dans une personne étroitement liée confère une meilleure valeur adaptative que l’investissement dans une personne moins étroitement apparentée. L’équation suivante décrit cette relation :

r (parenté) × B (avantage pour le bénéficiaire) > C (coût pour l’altruiste)

Dans cette équation, le « bénéfice pour le bénéficiaire » (B) est équivalent à l’augmentation du nombre de descendants produits par cet individu, tandis que le « coût pour l’altruiste » (C) est équivalent à la diminution du nombre de descendants produits par l’altruiste. Dans les situations où le produit de « r » fois « B » n’est pas supérieur à « C », l’altruisme n’est pas favorisé par la sélection naturelle. Cependant, à mesure que la parenté augmente, la valeur de « r » multipliée par « B » augmente également. Ainsi, le comportement altruiste devient plus probable lorsque l’altruiste et le destinataire sont plus étroitement liés.

Eusocialité

Toutes les espèces qui présentent un comportement altruiste ne sont pas considérées comme eusociales. En fin de compte, l’eusocialité se caractérise par trois traits principaux. Premièrement, la division du travail (y compris la reproduction) en castes sociales conduit certains individus à renoncer à la reproduction pour améliorer le succès reproductif des membres de la famille. D’autres caractéristiques comprennent le chevauchement des générations, dans lequel des individus de plusieurs générations vivent et travaillent ensemble, ainsi que le soin coopératif du couvain, dans lequel des individus non parents aident à prendre soin de la progéniture.

Un exemple bien connu d’eusocialité est celui de l’abeille. Une ruche typique contient différents groupes d’abeilles effectuant des tâches variées. Une seule femelle reproductrice, la reine des abeilles, repeuple la ruche tandis que d’autres femelles jouent le rôle d’ouvrières. Les mâles reproducteurs, appelés faux-bourdons, sont assez rares. Les abeilles mellifères appartiennent à l’ordre des hyménoptères avec les fourmis et les guêpes^2-3. Cet ordre contient les espèces les plus eusociales, mais n’est pas le seul ordre avec l’eusocialité. D’autres groupes qui contiennent des espèces eusociales comprennent les termites, les crevettes serpentines marines et les rats-taupes nus. Certains ont même suggéré que les humains pourraient être eusociaux. Bien que le chevauchement des générations et les soins coopératifs du couvain soient généralement présents, les humains semblent manquer de séparation entre les groupes reproducteurs et non reproductifs. Bien que ce ne soit pas un ajustement parfait, des aspects de l’eusocialité et de l’altruisme sont fréquemment observés chez les humains et jouent un rôle important dans notre propre structure sociale.

Bien que les structures des communautés non eusociales soient beaucoup plus couramment observées, l’eusocialité confère des avantages évolutifs à l’espèce dans laquelle elle se trouve. Deux hypothèses principales ont été proposées pour expliquer l’évolution de l’eusocialité : l’hypothèse écologique et l’hypothèse haplo-diploïdie.

La première, l’hypothèse écologique, considère les nombreux facteurs écologiques qui peuvent favoriser les structures eusociales. Il s’agit notamment de la capacité des communautés eusociales à utiliser des sites de nidification communs, à faciliter la protection des groupes contre les prédateurs et à réduire la concurrence entre les individus. La deuxième théorie, l’hypothèse de l’haplo-diploïdie, prend en compte la structure génétique complexe de nombreux groupes eusociaux, y compris les abeilles et les fourmis. Dans ces groupes, les mâles présentent généralement une haploïdie. Cela signifie qu’ils ne portent qu’une seule copie de chaque chromosome, et contiennent donc la moitié de l’information génétique des femelles. En conséquence, les pères transmettent 100 % de leurs gènes à leurs filles tandis que les mères, qui sont diploïdes, en transmettent 50 %. En conséquence, lorsque l’on calcule la parenté entre sœurs dans une espèce haplo-diploïde, 75 % des gènes sont partagés. C’est nettement plus que les 50 % observés chez les espèces diploïdes. Une plus grande parenté entre les sœurs peut expliquer pourquoi les ouvrières d’une colonie sont généralement exclusivement des femmes et sont capables de travailler ensemble pour le bien de la colonie. Ce modèle est observé chez les abeilles mellifères qui comprennent les mâles haploïdes et les femelles diploïdes⁴. Cependant, toutes les espèces eusociales ne présentent pas d’haplo-diploïdie. L’hypothèse écologique et l’hypothèse haplo-diploïdie jouent probablement un rôle dans l’évolution de l’eusocialité.

Pour aller plus loin :

1. Sun, Q., et al. (2018). « Gérer les risques et les récompenses de la mort chez les insectes eusociaux » Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 373(1754).
2. Krasnec, M. O. et M. D. Breed (2012). « L’évolution eusociale et les systèmes de reconnaissance chez les insectes sociaux. » Adv Exp Med Biol 739 : 78-92.
3. Meunier, J. (2015). « L’immunité sociale et l’évolution de la vie en groupe chez les insectes. » Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 370(1669).
4. Holland, J. G., et al. (2013). « Contrôle par la reine d’un événement clé de l’histoire de la vie chez un insecte eusocial. » Biol Lett 9(3) : 20130056.

Charles Darwin avait un problème d’abeilles. Les abeilles construisaient des ruches pour une reine, mais les ouvrières, qui rassemblaient la nourriture et prenaient soin des jeunes, n’avaient pas de petits à eux. Ce comportement est appelé altruisme, le comportement d’un animal qui profite à un autre à ses propres dépens. Si l’évolution par sélection naturelle était motivée par la capacité du plus apte à se reproduire, pourquoi les abeilles existaient-elles ? Des instincts aussi simples que les abeilles fabriquant une ruche pourraient suffire à renverser toute ma théorie, a écrit Darwin. À l’époque, il n’avait pas de bonne explication pour un tel comportement de sacrifice de soi, bien qu’il ait suggéré plus tard que ce trait pourrait peut-être exister dans une population s’il aidait la famille.

Darwin manquait de connaissances clés – la génétique – ce qui signifiait qu'il ne savait pas comment les traits étaient héréditaires ou transmis. Mais le moine, Gregor Mendel, l’a fait. Ses travaux fondateurs sur la génétique et l’hérédité ont été publiés en 1866, ouvrant des indices potentiels. D’autres scientifiques ont ensuite suggéré que la parenté, le nombre de gènes partagés par deux individus, était la clé de l’évolution de l’altruisme. Par exemple, les frères et sœurs partagent 50 % de leurs gènes, tandis que les cousins germains en partagent 12,5 %. Il devait y avoir un point où, d’un point de vue génétique, il valait mieux aider votre parent même si cela vous faisait du mal que de vous aider vous-même.

En 1964, le biologiste évolutionniste et économiste WD Hamilton a créé une équation pour décrire mathématiquement quand ce point se trouvait. L’équation est définie comme r x B > C. « R » est la parenté génétique entre l’acteur et le destinataire. « B » représente l’avantage pour la condition physique du bénéficiaire... et « C » est le coût pour l’acteur. Si r x B > C, il est bénéfique d’agir de manière altruiste.

L'équation de WD Hamilton aide à expliquer comment la société des abeilles peut évoluer et exister. Aujourd’hui, nous appelons la société des abeilles et les sociétés similaires eusociales, une expression inventée par Suzanne Batra en 1966 alors qu’elle étudiait un type d’abeille qui pratiquait l’élevage coopératif du couvain. Depuis lors, les scientifiques ont documenté l’eusocialité dans de nombreuses sociétés animales. Beaucoup, comme les abeilles, les fourmis et les termites, sont des insectes... mais certains sont des mammifères comme les rats-taupes nus.

L’eusocialité est considérée comme le plus haut niveau d’organisation sociale que les animaux pratiquent. Il y a trois choses que la plupart des sociétés eusociales ont en commun. Ils pratiquent l'élevage communautaire du couvain, ce qui signifie, comme chez les abeilles, que de nombreux animaux travailleront ensemble pour élever les petits d'un autre. Ils ont des générations qui se chevauchent, ce qui signifie que les frères et sœurs - comme ce rat-taupe nu plus âgé - peuvent s’occuper des frères et sœurs plus jeunes... et il y a une division du travail, généralement entre les castes reproductrices, comme le montrent ces fourmis coupeuses de feuilles.

Il y a deux hypothèses pour l’évolution de l’eusocialité. La première est l’hypothèse de l’haplo-diploïdie. Les abeilles et les fourmis n'ont pas deux chromosomes sexuels comme les humains. Les abeilles mâles n’ont qu’un seul ensemble de chromosomes. Ils tirent tous leurs gènes de la reine qui les a pondus. Les femelles, en revanche, sont diploïdes et reçoivent un ensemble de leur reine, qui est également diploïde, et un ensemble d’un mâle, généralement d’une ruche différente. Les reines stockent le sperme de l’accouplement, ce qui signifie que la plupart des ouvrières seront créées à l’aide du sperme de quelques partenaires masculins potentiels. Cela signifie qu'en moyenne, les sœurs partagent plus de gènes entre elles qu'elles ne le font avec leurs mères ou leurs filles hypothétiques, il est donc bénéfique sur le plan évolutif de travailler ensemble pour élever leurs frères et sœurs. Cependant, toutes les espèces eusociales n’ont pas ce type de détermination du sexe. L'hypothèse écologique suggère que l'habitat d'un animal pourrait rendre la vie eusociale bénéfique. Par exemple, les termites doivent travailler ensemble pour recueillir de la nourriture dans le bois mort et vivre ensemble peut les aider à combattre les colonies voisines ou à se protéger des prédateurs.

Dans cet atelier, vous et vos camarades de classe effectuerez une série d’exercices pour simuler des sociétés eusociales et solitaires. Une stratégie fonctionne-t-elle mieux qu’une autre ?