http://lib.uliege.be https://matheo.uliege.be
Impact des changements de la teneur en dioxyde de carbone atmosphérique sur la relation mutualiste entre le puceron Aphis fabae et la fourmi Lasius niger
Auteur : Gaspard, France
Promoteur(s) : Parmentier, Eric; 6339 Faculté : Faculté des Sciences
Diplôme : Master en biologie des organismes et écologie, à finalité approfondie Année académique : 2018-2019
URI/URL : http://hdl.handle.net/2268.2/7437
Avertissement à l'attention des usagers :
Tous les documents placés en accès ouvert sur le site le site MatheO sont protégés par le droit d'auteur. Conformément aux principes énoncés par la "Budapest Open Access Initiative"(BOAI, 2002), l'utilisateur du site peut lire, télécharger, copier, transmettre, imprimer, chercher ou faire un lien vers le texte intégral de ces documents, les disséquer pour les indexer, s'en servir de données pour un logiciel, ou s'en servir à toute autre fin légale (ou prévue par la réglementation relative au droit d'auteur). Toute utilisation du document à des fins commerciales est strictement interdite.
Par ailleurs, l'utilisateur s'engage à respecter les droits moraux de l'auteur, principalement le droit à l'intégrité de l'oeuvre et le droit de paternité et ce dans toute utilisation que l'utilisateur entreprend. Ainsi, à titre d'exemple, lorsqu'il reproduira un document par extrait ou dans son intégralité, l'utilisateur citera de manière complète les sources telles que
mentionnées ci-dessus. Toute utilisation non explicitement autorisée ci-avant (telle que par exemple, la modification du document ou son résumé) nécessite l'autorisation préalable et expresse des auteurs ou de leurs ayants droit.
Université de Liège Faculté des sciences
Département de Biologie, Ecologie et Evolution
Impact des changements de la teneur en dioxyde de carbone atmosphérique sur la relation mutualiste entre le puceron Aphis
fabae et la fourmi Lasius niger
Promoteur : Claire Detrain Co-promoteur : Eric Parmentier
Mémoire réalisé à l’université libre de Bruxelles au sein du service d’écologie sociale et présenté le 05/09/2019 par France Gaspard en vue de l’obtention du
grade de master en Biologie des Organismes et Ecologie
Page | 2
Résumé
La relation de mutualisme entre les fourmis et les pucerons met en jeu un ensemble de coûts et de bénéfices pour chacun des partenaires. Cependant, le poids des avantages pèse toujours plus lourd dans la balance. Les changements climatiques annoncés dans les prochaines décennies tels que l’augmentation de la température et du taux de CO2 atmosphérique sont susceptibles d’influencer l’équilibre présent au sein de cette relation mutualiste. Nous nous sommes intéressés plus particulièrement dans ce travail à l’impact de la concentration en CO2
atmosphérique sur la relation mutualiste entre la fourmi Lasius niger et le puceron Aphis fabae. Pour cela, des comptages, des relevés de flux ainsi que des observations comportementales ont été réalisés sous 3 conditions : 400ppm-20°C, 800ppm-20°C et 800ppm-23°C. Les deux premières conditions sont destinées à tester l’influence du CO2 sur la relation tandis que la troisième permet de vérifier la présence d’un potentiel effet combiné avec la température. Nos résultats montrent que le nombre d’exploratrices présentes à l’extérieur du nid ainsi que leur dynamique de mobilisation sur la plante durant l’expérience ne sont pas affectés par la teneur en CO2. La température n’a pas d’effet supplémentaire sur ces paramètres. Le flux de fourmis entre le nid et la plante n’a pas non plus été influencé par la concentration en CO2 mais lorsque l’on couple CO2 et température élevée, le flux a tendance à s’accélérer. Les interactions entre les deux partenaires mutualistes, semblent s’accroître sous CO2 élevé avec une augmentation du temps et du nombre d’antennations des fourmis envers les pucerons. De plus, le nombre de gouttes de miellat récoltées par les fourmis à des concentrations supérieures en CO2 est plus important. L’effet couplé de la température avec une teneur élevée en CO2 n’a pas eu d’effet, qu’il soit positif ou négatif, sur le nombre d’antennations et le nombre de gouttes de miellat récoltées par les fourmis.
L’ensemble de ces résultats a été mis en relation avec la littérature et discuté. Ainsi, au vu des observations réalisées, il semble qu’une teneur élevée en CO2 renforce la relation mutualiste entre Lasius niger et Aphis fabae via un accroissement des interactions entre les partenaires et une récolte plus importante de miellat.
Page | 3
Remerciements
Tout d’abord, je voudrais remercier ma promotrice, Madame Detrain pour m’avoir accueillie avec beaucoup d’enthousiasme au sein du service d’écologie sociale de l’ULB. Son implication et son intérêt pour mon travail m’ont permis d’avancer efficacement dans la rédaction de ce mémoire. Merci à Solène pour sa disponibilité, ses conseils, son aide et ses encouragements qui m’ont permis de venir à bout des petits aléas rencontrés au cours des derniers mois. Je souhaite également remercier l’ensemble des membres du service pour leur sympathie et leur bonne humeur. Un grand merci à Luc pour son aide précieuse lors de la construction des enceintes.
Je suis intimement persuadée que les rencontres que l’on fait au cours de notre vie, ne sont pas dues au hasard. Que ces rencontres soient brèves ou destinées à perdurer, elles sont toutes susceptibles de changer notre vision du monde, de nous faire évoluer et de nous guider. Ces derniers mois, j’ai vu passer de nombreuses personnes dans le bureau des mémorants, des gens venant d’horizons et d’univers aussi divers qu’improbables. Ainsi, je tenais à remercier Sabri, Yasmine, Léo, Valentine et Thomas. Vous n’en avez sans doute pas conscience mais chacun d’entre vous a joué un rôle clé dans mon évolution personnelle.
De belles rencontres, j’en ai fait plus d’une au cours de mes études universitaires. La première personne que je tiens à remercier, c’est évidemment Sarah, merci pour ton soutien inconditionnel et toi-même, tu sais « When two voices are united, harmony is created ». Merci également à Alicia, Blandine, Coline, Donna, Eliot, Marie et Maud parce que c’est toujours un plaisir de faire des soirées avec vous. Merci à Sylvie et Audrey d’avoir embelli mon quotidien au cours de ce premier quadrimestre. Merci à Jessica d’avoir été la plus adorable des colocataires et à Arthur de m’avoir fait rire avec ses galères de Gembloutoix.
Je tiens également à remercier Monsieur Liégeois d’avoir fait naître en moi cette passion pour la biologie. Merci à Prisca, Elodie et Gloria, qui restent présentes malgré le temps qui passe.
Merci à ma maman d’avoir été un pilier pour moi au cours de ces 24 années. Enfin, je voudrais dédier ce mémoire à Kiss, qui as été à mes côtés au cours des moments les plus difficiles de ma vie, c’est seule que je franchis la dernière étape mais sans lui, toutes les épreuves précédentes auraient été bien plus difficiles à surmonter.
Page | 4
Table des matières
1. Introduction ... 5
1.1 Changements climatiques ... 5
1.2 Mutualisme ... 5
1.3 Impact des changements climatiques sur le mutualisme ... 6
1.4 Impact des changements climatiques sur le mutualisme entre pucerons et fourmis ... 6
1.4.1 Ecologie des fourmis ... 6
1.4.2 Effet du CO2 sur les fourmis ... 7
1.4.3 Ecologie des pucerons ... 7
1.4.4 Effet du CO2 sur les pucerons ... 8
1.4.5 Mutualisme fourmis-pucerons ... 9
1.4.6 Effet du CO2 sur le mutualisme entre pucerons et fourmis ... 10
1.5 Intérêt écologique et économique de l’étude ... 11
2. Matériel et méthodes ... 12
2.1 Matériel biologique ... 12
2.1.1 Lasius niger ... 12
2.1.2 Aphis fabae ... 12
2.1.3 Vicia faba ... 13
2.2 Dispositif expérimental et observations ... 14
2.3 Analyse statistique ... 16
3. Résultats ... 17
3.1 Impact du CO2 sur la relation mutualiste ... 17
3.1.1 Dynamique de mobilisation ... 17
3.1.2 Suivi individuel de fourmis ... 20
3.2 Impact combiné du CO2 et de la température ... 26
3.2.1 Dynamique de mobilisation ... 26
3.2.2 Suivi individuel de fourmis ... 29
4. Discussion et conclusions ... 32
4.1 Comportement d’exploration et de recrutement vers des ressources alimentaires ... 32
4.2 Comportement d’interactions avec les pucerons et de récolte de miellat ... 34
5. Bibliographie ... 38
6. Annexes ... 45
Page | 5
1. Introduction
1.1 Changements climatiques
Les émissions de gaz à effet de serre d’origine anthropique n’ont cessé d’augmenter depuis le début de l’ère industrielle et atteignent aujourd’hui les niveaux les plus élevés que l’histoire de l’humanité ait connu (Etheridge et al., 1996). Parmi les gaz à effet de serre d’origine anthropique émis en 2010, le CO2 représentait 76% des émissions, les 24 % restants étant dus aux émissions de méthane, de protoxyde d’azote ou encore de gaz fluorés. L’augmentation des émissions de CO2 est directement liée au développement économique qui, lui-même, influence l’expansion du secteur de l’industrie et avec lui, l’utilisation des combustibles fossiles. D’après le 5e rapport du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat), il est très probable que plus de 50% de l’augmentation de la température moyenne à la surface de la planète soit causée par les forçages anthropiques tels que l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre (IPCC, 2014).
Suite à ces constats, quatre scénarios RCP (Representative Concentration Pathway) ont été établis par le GIEC de manière à pouvoir anticiper l’évolution de la situation climatique d’ici 2100. Parmi ces scénarios, RCP 6.0 et RCP 8.5 sont les plus pessimistes, ceux-ci prévoient respectivement pour 2100 une concentration atmosphérique en CO2 allant de 720 à 1000 ppm et de plus de 1000 ppm. Au niveau de la température, RCP6.0 prévoit une augmentation allant de 3,1 à 3,7 °C par rapport à l’ère industrielle tandis que le dernier scénario prévoit une augmentation allant de 4,1 à 4,8 °C (IPCC, 2014).
Ainsi, le CO2 atmosphérique d’origine anthropique occupe une place majeure parmi les acteurs du changement climatique. Son augmentation dans l’atmosphère est continue et impacte directement le réchauffement de la surface terrestre. On comprend donc l’intérêt d’étudier l’effet de l’augmentation du CO2 et de son action combinée avec la température sur les systèmes biologiques. Plus précisément, nous nous intéresserons aux relations de mutualisme, particulièrement sensibles aux variations des conditions environnementales (Kiers et al, 2010).
1.2 Mutualisme
Le terme « mutualisme » est employé depuis le 19e siècle, nous le retrouvons notamment dans le livre « les Commensaux et les Parasites » de Pierre Van Beneden publié en 1875 (Van Beneden, 1875). Le mutualisme est défini comme une interaction interspécifique au sein de laquelle chaque partenaire retire un bénéfice net (Boucher et al., 1982). Le mutualisme perdure aussi longtemps que les bénéfices pèsent plus lourd dans la balance que les coûts nécessaires à la maintenance de l’interaction pour chacun des protagonistes. Ainsi, le mutualisme n’est pas une relation immuable et sa nature est susceptible de changer (Bronstein, 1994). Les variations des coûts et des bénéfices peuvent être dues à plusieurs facteurs cités dans l’article de Herre et al en 1999 tels que l’abondance des organismes interagissant avec les mutualistes comme les prédateurs, la variation de l’abondance de l’un
Page | 6 des partenaires, la limitation des ressources disponibles dans l’environnement ou encore la variation des conditions physiques présentes au sein du milieu.
Les organismes participant à des relations mutualistes proviennent de l’ensemble de l’arbre du vivant ainsi, le mutualisme est omniprésent au sein des écosystèmes et y tient un rôle essentiel. Citons par exemple la reproduction de nombreux angiospermes par les insectes pollinisateurs ou encore le rôle des zooxanthelles dans la calcification des récifs coralliens abritant plus d’un tiers des espèces de poissons connues actuellement (Pearse et al., 1971 ; Moberg et al., 1999). En effet, la relation mutualiste peut impliquer des degrés de dépendance très variables entre les partenaires. Cela va d’une interaction étroite et obligatoire, au sein de laquelle les organismes sont interdépendants toute leur vie, à une relation facultative où chaque individu peut vivre indépendamment l’un de l’autre (Leigh Jr et al., 1995). Les partenaires sont souvent originaires de règnes différents lorsque le mutualisme est obligatoire (Briand et al.,1982).
1.3 Impact des changements climatiques sur le mutualisme
Diverses études ont mis en avant l’impact négatif que peuvent avoir les changements climatiques sur les relations mutualistes (Kiers et al., 2010). En effet, les modifications du climat, notamment de la température, peuvent entraîner l’expulsion des algues symbiotiques dans la relation coraux-zooxanthelles (Hoegh-Guldberg, 1999) ou encore le découplage des phénologies au sein de l’interaction plantes-pollinisateurs (Hegland et al., 2009). Ainsi, la rupture des relations mutualistes peut potentiellement étendre et accélérer les effets du changement climatique sur la perte de biodiversité et la perturbation des écosystèmes.
Lorsque la relation est négativement affectée par les changements, plusieurs processus peuvent se mettre en place. Toby Kiers et al citent notamment la transition vers une relation antagoniste, le changement de partenaire ou l’abandon de la relation mutualiste. Cependant, même si les conséquences sont majoritairement négatives, les perturbations au sein de l’environnement peuvent également renforcer la relation ou dans certains cas, ne pas l’impacter (Kiers et al., 2010).
1.4 Impact des changements climatiques sur le mutualisme entre pucerons et fourmis
1.4.1 Ecologie des fourmis
Les fourmis sont regroupées dans la famille des Formicidae, elle-même comprise dans l’ordre des hyménoptères. Comme nous le savons, les fourmis connaissent un succès écologique important ; elles sont représentées à ce jour par plus de 12000 espèces ayant colonisé la quasi- totalité des biotopes à travers le monde (www.antbase.org). Les lignées majeures de fourmis présentes actuellement comme les formicinés (Formicinae) seraient apparues au Crétacé suite à la séparation avec le genre Sphecomyrma (Grimaldi, 2000).
Les fourmis sont des insectes eusociaux. Ces sociétés se composent principalement de femelles stériles appelées ouvrières qui présentent des spécialisations comportementales ou
Page | 7 morphologiques dédiées à la réalisation de certaines tâches au sein de la colonie.
Généralement, une ou plusieurs femelles qualifiées de reine sont spécialisées dans la reproduction. Les mâles et les reines non fécondés restent dans la colonie jusqu’au vol nuptial ayant lieu une fois par an. La détermination du sexe est qualifiée d’haplodiploïde, les mâles sont obtenus à partir d’œufs non fécondés et sont donc haploïdes tandis que les femelles sont le résultat de la combinaison du matériel génétique de la reine avec celui d’un mâle. Ainsi, les ouvrières sont plus proches génétiquement entre elles qu’elles ne le sont de leur mère, de leurs frères ou qu’elles ne le seraient d’une potentielle progéniture, ce qui a favorisé l’apparition de l’eusocialité chez ces insectes (Passera and Aron, 2005).
Le cycle de vie d’une colonie peut être divisé en 3 phases : la fondation, l’étape ergonomique et la reproduction (Oster and Wilson, 1978). La fondation débute par un vol synchronisé entre individus reproducteurs, l’essaimage. Les mâles dépérissent après avoir fécondé les femelles dont la spermathèque contient dès lors le stock de spermatozoïdes nécessaire à la fondation de la colonie. Les ouvrières arrivées à maturité prendront en charge la recherche de nourriture et l’apport des soins au couvain. C’est là que commence la phase ergonomique au cours de laquelle toute l’énergie de la colonie est consacrée à sa croissance. Quand la colonie a atteint une taille suffisante, elle produit des individus reproducteurs, c’est la phase reproductive qui marque le recommencement du cycle (Hölldobler and Wilson , 1990).Le mécanisme le plus commun est la fondation indépendante de la colonie par la future reine mais il existe également des cas où la nouvelle reine est accompagnée d’ouvrières de sa colonie natale lors de la fondation. De plus, en fonction des espèces, il peut y avoir une ou plusieurs reines au sein d’une même colonie (Hölldobler & Wilson, 1977).L’espérance de vie moyenne d’une reine, calculée sur base de 51 espèces, est de 10 ± 6,6 ans (Keller, 1997).
1.4.2 Effet du CO
2sur les fourmis
Les études concernant l’impact de l’augmentation du CO2 atmosphérique sur la physiologie et le comportement des fourmis sont rares. La plupart des espèces de fourmis vivant dans des nids souterrains, les membres de la colonie sont susceptibles d’être affectés par le CO2 qui résulte de leur respiration. La structure du nid et le vent présent en surface sont primordiaux à la conservation d’une bonne ventilation (Kleineidam et al., 2001) et permettent le maintien à l’intérieur d’une concentration en CO2 relativement faible (Kleineidam and Roces, 2000).
Dans le cadre de notre étude centrée sur l’interaction mutualiste entre pucerons et fourmis, les effets de l’augmentation du CO2 sur les fourmis seront principalement considérés comme des résultantes de l’impact du dioxyde de carbone sur les pucerons (voir point 1.4.4). En effet, la biologie des Aphidoidea, en particulier la production de miellat, constitue le fondement sur lequel est établi l’ensemble de la relation mutualiste (Blanchard et al., 2019).
1.4.3 Ecologie des pucerons
Les pucerons sont regroupés dans la famille des Aphididae, au sein de l’ordre des hémiptères.
Cette super famille serait apparue au Carbonifère et compterait actuellement environ 4000 espèces à travers le monde (Stadler and Dixon, 2005).
Page | 8 Les pucerons sont des insectes présociaux grégaires, ils forment des agrégats au sein desquels les individus n’interagissent pas directement entre eux mais communiquent via des signaux chimiques (Pickett et al., 1992). Beaucoup d’espèces présentent du polymorphisme et comprennent une forme non ailée spécialisée dans la reproduction ainsi qu’une forme ailée spécialisée dans la dispersion (Dixon, 1977). L’abondance de la forme ailée pourrait être impactée par l’émission de phéromones d’alarme (Kunert et al., 2005). Les pucerons holocycliques effectuent un cycle complet en alternant reproduction parthénogénétique et reproduction sexuée. Parmi les pucerons holocycliques, il existe des espèces monoéciques qui n’ont qu’une plante hôte et des espèces hétéroéciques qui alternent entre deux plantes hôtes au cours du cycle. L’espèce Aphis fabae est holocyclique hétéroécique : au cours de son cycle, la reproduction sexuée a lieu sur l’hôte primaire et la reproduction asexuée prend place sur l’hôte secondaire. La phase sexuée se produit une fois par an et est déclenchée par les conditions climatiques automnales, les œufs qui en résultent passeront l’hiver en diapause.
Ces œufs se développent au printemps, les premiers individus ailés coloniseront l’hôte secondaire et diverses générations y verront le jour par parthénogenèse (Dixon, 1977).
La sève de la plante constitue la source de nourriture des pucerons. Lorsque le puceron assimile la sève, cette dernière comprend un ensemble de nutriments tels que des sucres, des acides aminés libres ou des protéines. Lors du passage dans le système digestif du puceron, certains de ces composés sont directement absorbés tandis que d’autres sont transformés par les bactéries endosymbiotiques les rendant assimilables, c’est le cas notamment des acides aminés non essentiels. L’ensemble des composés de la sève qui ne sont pas absorbés forme les déchets de la digestion qualifiés de « miellat » (Hölldobler and Wilson, 1990).
1.4.4 Effet du CO
2sur les pucerons
Il est intéressant d’étudier l’impact du CO2 sur des paramètres de la biologie des pucerons pouvant potentiellement impacter le mutualisme avec les fourmis. Parmi ces paramètres, on peut notamment citer la croissance de la population, le comportement d’alimentation, la production de miellat et la communication chimique (Blanchard et al., 2019).
L’effet d’une concentration élevée en CO2 sur la densité des populations d’homoptères est dépendant des espèces de pucerons concernées (Hughes and Bazzaz, 2001 ; Oehme et al., 2013), du génotype au sein d’une même espèce (Mondor et al., 2005) mais également de la plante hôte (Awmack et al., 1997). En fonction de ces paramètres, les effectifs peuvent diminuer (Newman et al., 1999), augmenter (Guo et al., 2013) ou ne pas être affectés (Awmack and Harrington, 2000 ; Kremer, 2018) par les conditions. Au vu de la variabilité de réponses possibles, il est difficile de tirer une conclusion générale sur les effets que les changements climatiques pourraient avoir sur la dynamique des populations de pucerons.
Le comportement alimentaire des pucerons peut être affecté à plusieurs niveaux par l’augmentation du CO2 ambiant. Une concentration élevée en CO2 peut augmenter le nombre de tentatives de sondage avant d’atteindre le phloème mais également diminuer le temps nécessaire avant le début de l’ingestion de ce phloème. Le premier effet serait dû à une augmentation des défenses de la plante liées à l’acide salicylique ainsi qu’une augmentation
Page | 9 du nombre de trichomes à la surface tandis que le second serait lié à une diminution des défenses liées à l’acide jasmonique (Guo et al., 2014). L’augmentation de la teneur en CO2 va généralement causer chez les non légumineuses en C3 une augmentation du taux photosynthétique donc de la production de glucides et une augmentation du rapport C :N de la plante (Coviella and Trumble, 1999 ;Robinson et al., 2012 ;Ainsworth and Long, 2004).
Chez les légumineuses en C3, l’augmentation de CO2 est couplée à une augmentation de la fixation de l’azote atmosphérique qui maintient le rapport C :N de la plante (Lam et al., 2012).
Guo et al montrent que dans des conditions de CO2 élevé, sur une légumineuse, les pucerons induisent une augmentation de la teneur en acides aminés non essentiels au sein de la sève et que leur temps d’ingestion est plus important ce qui maximise leur fitness. Dans la même étude, lorsque la plante est déficiente pour la fixation de l’azote, les phénomènes inverses sont observés et la croissance de la population n’est pas favorisée. Cela semble indiquer que l’azote est primordial aux bactéries endosymbiotiques pour transformer les acides aminés non essentiels en acides aminés essentiels exploitables par les pucerons et leur permettant de maximiser leur fitness (Guo et al., 2013).
La production de miellat va être impactée par le CO2 aussi bien au niveau qualitatif que quantitatif. Ainsi le miellat d’Aphis gossyppi contient plus d’acides aminés libres et est produit en quantité plus importante sous CO2 élevé. La sève de la plante étant, elle, appauvrie en acides aminés libres lorsque le CO2 augmente pourrait indiquer que A.gossyppi augmente son taux d’ingestion de manière à obtenir suffisamment d’acides aminés pour subvenir à ses besoins (Sun et al., 2009). Des observations similaires sur l’augmentation de la quantité de miellat produite ont été réalisées sur l’espèce A. craccivora se nourrissant sur Medicago sativa (Kremer et al., 2018). La quantité de glucides présents dans les tissus de la plante augmentant lorsque la concentration en CO2 est plus élevée, il est possible que la composition en glucides du miellat soit également impactée mais aucune étude sur le sujet n’existe à ce jour.
Enfin, la communication chimique va également être impactée par l’augmentation du CO2. En effet, lorsque la concentration en CO2 est élevée, la réponse des pucerons face à leur phéromone d’alarme semble réduite (Boullis et al., 2016), ce qui implique une moins bonne défense face aux potentiels prédateurs (Hentley et al., 2014).
1.4.5 Mutualisme fourmis-pucerons
Les fourmis peuvent entretenir des relations mutualistes avec une grande variété d’arthropodes tels que les hémiptères, les lépidoptères, les coléoptères, les diptères, etc (Hölldobler and Wilson, 1990). Nous allons nous intéresser plus particulièrement à l’ordre des hémiptères comprenant la super-famille des Aphidoidea plus communément appelés
« pucerons ». L’interaction entre fourmis et pucerons est ancienne. En effet, Wheeler a découvert des fourmis de l’espèce Iridomyrmex goepperti associées à des pucerons dans un bloc d’ambre Baltique datant du début de l’oligocène (Wheeler, 1914). Parmi les fourmis interagissant avec des homoptères, on retrouve principalement des membres des sous-familles des Myemicinae, des Dolichoderinae et des Formicinae (Hölldobler and Wilson, 1990).
Page | 10 Le miellat tient un rôle clé dans l’interaction entre pucerons et fourmis (Breton et al., 1992).
En effet, le miellat est principalement composé de glucides : en majorité, des monosaccharides (glucose/fructose) et des disaccharides (maltose/saccharose) et en quantité moindre, des trisaccharides (melezitose/raffinose/erlose) (Völkl et al., 1999). Or, les fourmis montrent une attraction importante pour le melezitose, le saccharose et le raffinose qui stimulent chez ces dernières un comportement de pistage (Detrain et al., 2010). La nature du miellat varie en fonction de l’espèce (Völkl et al., 1999) et du stade de croissance des pucerons ainsi que de la plante hôte. La quantité de miellat est également positivement corrélée avec l’intérêt que les fourmis portent à la colonie de pucerons, intérêt reflété par l’intensité totale de pistage réalisé par les ouvrières (Völkl et al., 1999; Mailleux et al., 2000).
Chez les pucerons n’étant pas soignés par des fourmis, la goutte de miellat venant d’être produite est évacuée à l’aide des pattes arrière ou par contraction de l’abdomen. Au contraire, lorsque les pucerons sont en interaction avec des fourmis, la goutte est conservée et ne sera émise que suite à la stimulation tactile de leur abdomen par les antennes des ouvrières (Hölldobler and Wilson , 1990).Suite à son antennation par une ouvrière Aphis fabae va typiquement soulever légèrement l’abdomen tout en maintenant ses pattes arrière vers le bas avant d’émettre lentement une goutte de miellat.
Comme nous l’avons vu au point 1.2, au sein d’une relation mutualiste, il y a des avantages et des coûts pour chacun des protagonistes. L’avantage pour les fourmis est de disposer, grâce au miellat, d’une source durable d’énergie. Mais en parallèle, la protection et la monopolisation des pucerons ainsi que la collecte et le transport du miellat ont un coût.
L’avantage pour les pucerons est de bénéficier de la protection des fourmis (Stadler and Dixon, 2005). Lasius niger va notamment retirer les larves et les œufs de syrphidae et de coccinellidés présents sur la plante infestée (El-ziady and Kennedy,1956 ; Banks, 1962). De plus, en évitant l’accumulation de miellat sur la plante, les fourmis assurent une hygiène de la colonie de pucerons et les protègent indirectement contre les prédateurs et parasites attirés par les composés volatils du miellat (Leroy et al., 2009). Cependant, les pucerons gardiennés ont un taux de nutrition et donc d’excrétion plus élevé (Banks et al., 1958), les gouttes produites sont plus petites mais plus abondantes et leur concentration en glucides est différente (Yao et al., 2001). L’augmentation de ce taux se traduirait par une diminution du temps d’assimilation des nutriments et serait donc coûteuse pour les pucerons (Stadler et al., 1998).De plus, en présence de fourmis, la production d’individus ailés est réduite limitant les possibilités de dispersion pour la colonie de pucerons (El-ziady and Kennedy,1956). Cette balance avantages-inconvénients va comme pour toute relation mutualiste dépendre des organismes qui interagissent avec les mutualistes mais aussi de l’environnement. Les fourmis pouvant prédater des pucerons appartenant à des espèces non mutualistes (Way, 1963), il est intéressant de voir si les changements climatiques sont susceptibles de changer la nature de la relation en modifiant l’équilibre de la balance puceron-fourmi.
1.4.6 Effet du CO
2sur le mutualisme entre pucerons et fourmis
Nous venons de voir que le miellat joue un rôle clé dans la relation entre pucerons et fourmis.
Une étude réalisée en 2018 a mis en avant l’effet positif de l’augmentation du CO2 sur la relation mutualiste entre le puceron A. craccivora et différentes espèces de fourmis du genre
Page | 11 Iridomyrmex. Dans des conditions de CO2 élevé, les pucerons produisent une quantité plus importante de miellat qui induit une augmentation du taux de visites effectuées par les fourmis (Kremer et al., 2018). Cependant, d’autres travaux montrent que la quantité de miellat produite peut diminuer lorsque le CO2 est élevé (Boullis et al., 2018 ; Fu et al., 2010). Peu de recherches portent sur l’impact du CO2 sur la nature du miellat. Quelques études abordent l’impact sur la composition en acides aminés (Sun et al., 2009 ; Kremer et al., 2018) mais les effets sur la composition en glucides restent inexplorés. Ce point serait intéressant à approfondir dans le cadre de l’étude de la relation mutualiste entre pucerons et fourmis.
1.5 Intérêt écologique et économique de l’étude
Le mutualisme étant basé sur l’équilibre entre coûts et bénéfices pour chacun des partenaires, un petit changement dans l’environnement peut modifier la nature de la relation (Bronstein, 1994). Or, une telle modification peut potentiellement impacter l’ensemble des organismes interagissant avec les partenaires mutualistes et donc avoir des conséquences sur l’équilibre des écosystèmes. Dès lors, d’un point de vue écologique, il est intéressant de comprendre comment les modifications de climat impactent la relation mutualiste entre pucerons et fourmis car cela peut nous permettre d’anticiper l’impact à plus grande échelle sur les organismes impliqués dans la relation.
La plante hôte des pucerons, Vicia faba, est une légumineuse bien adaptée aux divers climats européens. Ses fèves riches en protéines et reconnues pour avoir une bonne valeur nutritionnelle, sont utilisées dans l’alimentation humaine mais également dans l’alimentation de divers animaux d’élevage (Crépon et al., 2010). V.faba est la cible de nombreux ravageurs, parmi ceux-ci, le puceron domine et est considéré comme le plus nocif pour la plante.
Effectivement, le puceron va causer des dégâts directs par prélèvement du phloème de l’hôte mais également des dégâts indirects par transmission de maladies et de virus (Stoddard et al., 2010). Plus l’abondance des pucerons sur la plante est élevée, plus la perte de rendement de cette dernière sera importante (Kolbe et al., 1974). La perte de rendement peut être causée par la diminution du nombre de plants, un amenuisement du poids des graines ou encore une réduction du nombre de graines par plant (Rautapää, 1966). La qualité de la graine peut également être affectée par une réduction de son contenu en protéines (Rautapää, 1968).
Ainsi, d’un point de vue économique, il est intéressant de comprendre comment la relation entre V. faba et ses ravageurs va évoluer suite aux changements climatiques. En effet, anticiper l’impact de l’augmentation du CO2 sur l’abondance et le comportement d’alimentation des pucerons permet de prendre des mesures de prévention adéquates.
Page | 12
2. Matériel et méthodes
2.1 Matériel biologique
2.1.1 Fourmis Lasius niger
Plus connue sous le nom de « fourmi noire des jardins », cette espèce des régions tempérées d’Europe est réputée pour l’interaction mutualiste qu’elle entretient avec les pucerons notamment l’espèce Aphis fabae (El‐Ziady & Kennedy, 1956). Cette espèce de fourmi est identifiable à sa couleur noire, la présence de poils dressés sur les scapes et les tibias ainsi qu’à la pilosité dense présente au niveau du clypeus. Elle est très commune en Belgique, étant ubiquiste, on la retrouve dans différents types d’habitats y compris nos jardins. Les colonies sont monogynes c'est-à-dire qu’elles ne possèdent qu’une seule reine (Wegnez et al., 2012).
Des colonies ont été collectées sur le campus de la plaine à Bruxelles au cours du printemps et de l’été 2017, 2018 et 2019. Les reines situées dans des galeries plus profondes de la colonie n’ont pu être récupérées sur le terrain. Pour les expériences, nous avons utilisé 8 colonies de 400 individus étant formées à partir des colonies récoltées sur le campus. La division des colonies réalisée lors du printemps et de l’été 2019 s’effectue par prélèvement d’individus sur l’aire de chasse, dans les tubes à nid ainsi que dans les tubes à sucre de manière à avoir un échantillonnage représentatif de la colonie de départ. Les nouvelles colonies sont placées dans des bacs en plastique (490x335x77mm bords inclus) dont les bords sont couverts de polytetrafluoroethylene de façon à éviter les évasions. Les tubes à nid sont réalisés avec des tubes à essais (160x16mm) recouverts d’un film transparent rouge permettant de réduire la luminosité et possédant une réserve d’eau dans le fond maintenant le milieu humide. On dispose également dans l’aire de chasse, des tubes (108x17mm) contenant de l’eau ou une solution sucrée à 0,3 M accessible en permanence. Chaque semaine, des vers de farine, préalablement coupés, sont déposés dans les bacs en guise d’apport protéique. Les colonies sont laissées dans une pièce où les conditions sont stables (Photopériode : 12/12h lumière/obscurité, humidité : 45% ±5%, température : 20°C±2°C et CO2 : 400 ±100ppm).
Au début de la phase d’acclimatation, à savoir 3 jours avant le début des observations, nous retirons les sources de nourritures et les colonies sont placées dans les conditions expérimentales choisies (photopériode : 16/8h lumière/obscurité, 800ppm/20°C ou 400ppm/20°C ou 800ppm/23°C). Retirer la nourriture permet d’accroître la motivation des fourmis à exploiter les pucerons. A la fin de l’acclimatation, et donc avant chaque expérience, la mortalité des individus est comptabilisée. Sur l’ensemble de nos expériences, le taux de mortalité a varié entre 0,3% et 22,5%.
2.1.2 Pucerons Aphis fabae
Mieux connu sous le nom de « puceron noir de la fève », il s’agit d’une espèce très commune en Europe et polyphage colonisant un grand nombre de végétaux. Dans la nature, Aphis fabae étant holocyclique hétéroécique, il présente un cycle de vie complexe ; en été, il migre de son
Page | 13 hôte primaire généralement Euonymus europaeus vers divers hôtes secondaires incluant Vicia faba (Dixon, 1977).
Les pucerons utilisés pour les expériences sont originaires du laboratoire de Gembloux. Il s’agit de clones obtenus à partir d’une souche européenne, l’utilisation de pucerons génétiquement identiques permettant de limiter les sources de variabilité. L’élevage des pucerons est réalisé dans des cages où l’on place des bacs (325x220x70 mm) contenant des plants de Vicia faba semés à raison de 32 graines par bac dans un substrat composé de perlite et de vermiculite dans un rapport 1 :1. Les bacs seront remplacés chaque semaine et les pucerons transférés sur les nouvelles pousses. Des individus élevés à Gembloux depuis 2 ans (environ 100 générations) sous chacune des 3 conditions testées, ont été utilisés pour les expérimentations. Un délai de minimum une semaine est laissé aux colonies pour s’habituer aux conditions du laboratoire avant de les placer en acclimatation dans les conditions expérimentales (photopériode : 16/8h lumière/obscurité, 800ppm/20°C ou 400ppm/20°C ou 800ppm/23°C) 3 jours avant les observations.
Au début de la phase d’acclimatation, nous standardisons le nombre de pucerons étudiés en déposant 70 individus sur chaque plante de V.faba, à l’aide d’un pinceau. A la fin des 3 jours d’acclimatation, le nombre d’individus, le nombre d’agrégats ainsi que la mortalité des pucerons sont relevés. On considère que les pucerons forment un agrégat si plusieurs individus sont séparés par une distance inférieure à la taille d’un puceron. La plante est divisée en trois zones pour faciliter la détermination de la position des pucerons : de la base de la tige aux premières feuilles incluses, de la tige au dessus des premières feuilles aux deuxièmes feuilles incluses et la tige située au dessus des deuxièmes feuilles aux troisièmes feuilles incluses. Pour chacune de ces trois zones, le nombre de pucerons sur la tige, sous la feuille, sur la feuille et au niveau du point d’insertion de la feuille est comptabilisé. La position est importante car le CO2 va potentiellement impacter la distribution et la qualité de la sève au sein de la plante (Pritchard et al., 2007) et donc la distribution des pucerons sur cette dernière. La distribution des pucerons sur la plante est restée similaire entre nos 3 conditions, avec un nombre plus important de pucerons sous les feuilles des zones supérieures. Sur l’ensemble de nos expériences, le taux de mortalité a varié entre 0% et 22,6%.
2.1.3 Vicia faba
Appelée « fève des marais», cette fabaceae adaptée à diverses zones climatiques est cultivée sur différents continents (Duc, 1997). Ses graines énergétiques et riches en protéines sont utilisées aussi bien dans l’alimentation humaine que dans l’alimentation de la volaille, des ruminants ou encore des porcs (Crépon et al., 2010).Vicia faba est attractive pour de nombreux insectes ravageurs dont plusieurs espèces de pucerons telles qu’Aphis fabae. Ces derniers causent des dégâts importants à la plante de manière directe par prélèvement du phloème ou de manière indirecte par transmission de maladies (Stoddard et al., 2010).
La croissance des plantes jusqu’au stade 3 feuilles s’étend sur 2 semaines et est réalisée dans les conditions de température et de concentration en CO2 qui seront testées sur ces dernières.
Page | 14 Les plants sont mis à germer dans des pots individuels (89x89x97 mm) et sont arrosés tous les deux jours, la première fois avec 200 ml et ensuite avec 50 ml. Le substrat en perlite et vermiculite apportant peu de nutriments à la plante, celui-ci est remplacé par du terreau (DCM EcoterraTerreau horticole)(Hopkins and Évrard , 2003). Dans un but de standardisation, ce substrat est préalablement stérilisé en étuve (Étuve universelle - Memmert) où il est chauffé à 120°C pendant 1h de manière à éliminer les bactéries et champignons potentiellement présents (Lawrence, 1956).
Une fois la plante ayant atteint le stade 3 feuilles désiré, elle est infestée de pucerons comme décrit précédemment et placée en acclimatation dans les conditions expérimentales (photopériode : 16/8h lumière/obscurité, 800ppm/20°C ou 400ppm/20°C ou 800ppm/23°C) 3 jours avant les observations.
2.2 Dispositif expérimental et observation
On dispose de 4 enceintes en plexiglas, dont 2 sont reliées à une bonbonne de CO2 (CO2>
99% purity ; AirLiquide, Paris, France). Chacune des enceintes possède un plafond chauffant (HabiStat Reptile Radiator 75 Watts,HRR75), deux tubes LED (SpectraLINE 120 cm-27W) et est reliée à une pompe à air (SuperFish Koi-Flow 60) permettant un renouvellement régulier de l’air. Le réglage de la quantité de gaz délivré dans l’enceinte se fait par l’intermédiaire d’une microvanne (Détendeur-HBS-modèle HBS 200-3-2,5).Le maintien d’une température constante au sein du dispositif se fait au moyen d’un thermostat (Habit Stat Digital Temperature Thermostat, 600W, HTDT) relié au plafond chauffant.
Ces enceintes ont 3 fonctions. Elles sont premièrement occupées par des plants de Vicia faba et des élevages d’Aphis fabae placés dans les futures conditions expérimentales au cours de leur développement. Deuxièmement, nous y installons, des plants infestés et des colonies de Lasius niger en phase d’acclimatation, c'est-à-dire placés trois jours avant l’expérience aux conditions expérimentales. Troisièmement, les enceintes sont utilisées pour la réalisation des expérimentations dans les conditions de température et de CO2 qui ont été définies.
Au cours des 3 jours d’acclimatation, le nombre de fourmis présentes dans l’aire est relevé une fois par heure de 10h à 17h inclus. Ces relevés permettent de contrôler le taux d’activité des colonies aux différentes conditions. Parallèlement aux comptages, deux films d’une dizaine de minutes sont réalisés en début (10h à 10h10) et en fin de journée (17h à 17h10).
Ces films permettent quant à eux de vérifier la mobilité des fourmis au cours de l’acclimatation en fonction des concentrations en CO2. En effet, le CO2 à très forte dose étant utilisé pour anesthésier les insectes, il est intéressant de vérifier si à moindre dose, il y a ralentissement du métabolisme (Nicolas and Sillans, 1989).
Après les 3 jours d’acclimatation, les plants et les colonies sont testés durant 8 heures.
Chacune des huit colonies est testée dans les trois conditions : 20°C±1°C/400 ppm±200ppm, 20°C±1°C/800 ppm±200ppm et 23°C±1°C/800 ppm±200ppm. La température de 20°C est considérée comme la température standard actuelle, elle a été sélectionnée sur base des données de l’IRM (Institut Royal Météorologique), à savoir la moyenne des températures relevées à Uccle entre mai et août de 10 à 18h au cours des années 2012 à 2017. La
Page | 15 température de 23°C correspond à la température attendue d’ici 2100 selon le scénario RCP 6.0 (IPCC,2014). Le taux de 400ppm est considéré comme la concentration standard actuelle en CO2 et le taux de 800ppm est compris dans l’intervalle de concentration en CO2 attendue d’ici 2100 selon le scénario RCP 6.0 (IPCC,2014). Les plants infestés sont placés dans l’enceinte au sein du bac contenant les nids de fourmis 15 minutes avant le début de l’expérience. Ensuite, on place le pont, ce qui marque le début de la phase d’expérimentation s’étendant sur une journée de 10 à 18h.
Au cours des expérimentations, diverses observations sont réalisées à l’œil nu ou à l’aide de caméras, certaines s’inspirent de la méthodologie développée au cours d’un précédent mémoire portant sur l’impact de la température sur l’interaction fourmi-puceron (Van Offelen, 2018). Une fois le pont placé entre la colonie et la plante infestée, le flux des fourmis est filmé pendant 2h30 à l’aide d’une première caméra (Logitech HD Pro C920). En parallèle, des comptages de la répartition sur l’aire de chasse, sur le pot et sur la plante (en spécifiant s’il s’agit de la tige ou de la feuille et si les fourmis sont en interaction avec les pucerons ou pas), sont effectués toutes les 15 minutes. Ces relevés nous permettent d’évaluer, pour la colonie, l’évolution du flux et du processus de recrutement sur la plante.
Fig.1 : photo du dispositif expérimental comprenant l’aire dans laquelle sont placés le nid, le pont et la plante infestée. La caméra Logitech HD Pro C920 est placée au dessus du pont. L’ensemble du dispositif se trouve dans l’enceinte en plexiglas.
Des relevés comportementaux individuels, nous apportant des informations sur l’interaction directe entre les mutualistes, sont réalisés sur les fourmis. Le comportement individuel des fourmis est relevé en suivant deux fourmis par heure. Le suivi commence quand la fourmi monte au-delà des 3 premiers cm de la tige et s’achève quand elle en descend ou au bout de 10 minutes maximum. Au cours de ces suivis, différents comportements prédéfinis ci-dessous vont être encodés à l’aide du logiciel BORIS (Behavioral Observation Research Interactive Software) (Friard and Gamba, 2016).
Page | 16 Comportements relevés au cours des suivis individuels des fourmis :
Comportement Description
Mouvement Dès que la fourmi se déplace sans réaliser simultanément un des autres comportements de la liste sinon celui-ci sera encodé en priorité.
Arrêt Lorsque la fourmi reste simultanément immobile et inactive pendant plus de 4 secondes.
Antennation des pucerons
Lorsque les antennes de la fourmi rentrent en contact avec le puceron.
Antennation d’autres fourmis
Lorsque les antennes de la fourmi rentrent en contact avec une autre fourmi.
Trophallaxie Transfert de nourriture se présentant sous forme de gouttes liquides entre deux ouvrières.
Récolte de miellat Lorsqu’une fourmi ingère une goutte de miellat.
Nettoyage Se manifeste par « léchage » des pattes ou des antennes, ainsi que par frottement des antennes ou du gastre à l’aide des pattes.
Transport Lorsqu’une fourmi saisit un puceron à l’aide de ses mandibules et le déplace.
Agression Morsure d’une ouvrière envers un puceron.
Tableau 1 : description des comportements relevés au cours des suivis individuels des fourmis
Chaque semaine, nous avons testé deux colonies pour une des trois conditions. Ainsi, pour tester les trois conditions sur huit colonies en tenant compte des périodes de conditionnement, 14 semaines ont été nécessaires. Les tests ont débuté la semaine du 8 avril et se sont achevés la semaine du 8 juillet. L’ordre d’enchaînement des conditions testées a été alterné pour chacune des colonies. En effet, en s’assurant que les conditions ne sont pas testées dans le même ordre, des observations liées à la succession temporelle sont prises en compte.
2.3 Analyse statistique
Nos données ne respectant pas les conditions de normalité et d’homoscédasticité nécessaire à l’application des tests paramétriques, des tests non-paramétriques ont été employés pour l’analyse des résultats. Pour comparer deux échantillons dépendants, le test de Wilcoxon (Wilcoxon, 1945) a été utilisé tandis que la comparaison de deux échantillons indépendants a été effectuée à l’aide du test de Wilcoxon-Mann-Whitney (Wilcoxon, 1945). Pour comparer plusieurs échantillons dépendants, le test de Friedman (Friedman, 1940) a été employé tandis que la comparaison de plusieurs échantillons indépendants a été réalisée à l’aide du test de Kruskal-Wallis (Kruskal and Wallis, 1952). La comparaison des courbes de survie des temps de séjour des fourmis sur la plante a été effectuée à l’aide du test de Logrank. L’ensemble des analyses statistiques a été réalisé sur le logiciel Rstudio (version 3.5.1).
Page | 17
3. Résultats
Pour obtenir les résultats présentés dans cette section, chacune des 9 colonies a été testée successivement dans les conditions suivantes : 400ppm /20°C, 800ppm/20°C et 800ppm/23°C. L’ordre des tests étant déterminé de manière aléatoire.
Cependant, le nombre de pucerons présents sur la plante après les 3 jours d’acclimatation a varié de manière non négligeable d’un test à l’autre pour une même colonie. De ce fait, nous avons éliminé les valeurs extrêmes de population de pucerons résultant d’une absence de développement ou d’une croissance démesurée dont les causes restent indéterminées. Ainsi, ont été conservées, les expériences où le nombre de pucerons sur la plante était compris dans la gamme [100,600] individus (Annexe1). Sur base de ces critères, nous avons écarté deux expériences qui ont été, toutes deux, réalisées à 800ppm/23°C (pour les colonies 3 et 8). Pour les 7 colonies restantes, le nombre de pucerons présents sur la plante ne varie pas de manière significative entre les 3 conditions (Kruskal-Wallis : χ2=0,052, ddl=2, p-val=0,974), les moyennes sont respectivement de 312±69,9 ; 318±137,3 et 328,6±163,8 pour 400ppm/20°C ; 800ppm/20°C et 800ppm/23°C. Précisons que, pour chacune des 9 colonies, ce nombre de pucerons n’a pas varié de plus de 156 individus entre les conditions 400ppm/20°C et 800ppm/20°C.
Ainsi, les résultats vont être présentés en 2 sections. La première section montre l’impact du CO2 en comparant uniquement les données obtenues à 400ppm/20°C et 800 ppm/20°C sur l’ensemble des 9 colonies. La deuxième section reprend les différences observées entre 800ppm/23°C et les deux autres conditions pour les 7 colonies qui ont été retenues.
3.1 Impact du CO
2sur la relation mutualiste
3.1.1 Dynamique de mobilisation
Le nombre de fourmis présentes à l’extérieur du nid regroupe les individus présents sur l’aire, le pot et la plante. Le nombre d’exploratrices présentes au début de l’expérience (10h) n’a pas significativement varié entre les deux conditions (Wilcoxon: V=14, N=18, p-value=0,624).
Pour les deux conditions, le nombre moyen de fourmis à l’extérieur a été calculé pour toutes les colonies confondues chaque tranche de 15 minutes. Le graphique de l’évolution de ce nombre moyen au cours du temps, en fonction des concentrations en CO2, montre dans les deux conditions, un léger recrutement entre 10h et 11h puis une stabilisation des effectifs entre 25 et 35 individus de 11h à 18h (Fig.2). Pour la condition 400ppm-20°C, on remarque cependant une légère décroissance entre 11h et 14h jusqu’à une valeur plateau qui reste inférieure à 800ppm-20°C jusqu’à la fin de l’expérience. Pour chaque colonie, nous avons calculé un indice de présence sur l’aire en effectuant la moyenne du nombre de fourmis présentes à l’extérieur toutes heures confondues à partir de 11h et cela dans chacune des conditions. Ces indices de présence ne montrent pas de différence significative entre les deux conditions (Wilcoxon: V=20, N=18, p-value=0,820). La concentration en CO2 n’impacte donc pas le nombre d’ouvrières mobilisées à l’extérieur du nid suite à l’introduction d’un plant infesté par des pucerons.
Page | 18 Fig.2 : évolution du nombre moyen de fourmis présentes sur l’aire en fonction du temps. Pour chaque condition, un point correspond à la moyenne des pourcentages des 9 colonies. Les écarts-types sont représentés en orange au-dessus de la courbe à 800ppm et en vert en dessous de la courbe à 400ppm.
Le pourcentage d’individus qui sont présents sur la plante parmi l’ensemble des ouvrières mobilisées à l’extérieur du nid a été calculé toutes les 15 minutes pour chaque colonie. La moyenne de ces pourcentages a ensuite été calculée pour toutes les colonies confondues chaque tranche de 15 minutes. Le graphique de l’évolution des pourcentages moyens en fonction du temps montre une croissance de la proportion de fourmis présentes sur la plante jusqu’à 13h où on atteint un plateau au niveau duquel les pourcentages se stabilisent entre 30 et 40% jusqu’à la fin de l’expérience (Fig.3). Un indice d’exploitation a été calculé pour chaque colonie, en effectuant la moyenne du pourcentage de fourmis présentes sur la plante toutes heures confondues à partir de 13h et cela dans chacune des conditions. Ces indices d’exploitation ne montrent pas de différence significative entre les deux conditions de CO2 (Wilcoxon : V=21, N=18, p-value=0.910). La dynamique d’occupation de la plante ne semble pas être affectée par la concentration en CO2 ; dans les deux cas, les fourrageuses présentes sur l’aire vont progressivement être recrutées sur la plante puis les effectifs se stabilisent à des valeurs similaires.
Fig.3: évolution du pourcentage moyen de fourmis présentes sur la plante en fonction du temps. Pour chaque condition, un point correspond à la moyenne des pourcentages des 9 colonies. Les écarts-types sont représentés en orange en dessous de la courbe à 800ppm et en vert au-dessus de la courbe à 400ppm.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
10 h 00 11 h 00 12 h 00 13 h 00 14 h 00 15 h 00 16 h 00 17 h 00 18 h 00 Nombre de fourmis à l'extérieur du nid
Heure
400ppm-20°C 800ppm-20°C
-10101520253035404550556065-505
10 h 00 11 h 00 12 h 00 13 h 00 14 h 00 15 h 00 16 h 00 17 h 00 18 h 00 Pourcentage de fourmis sur la plante
Heure
400ppm/20°C 800ppm/20°C
Page | 19 Les flux cumulés d’ouvrières mobilisées vers la plante ou quittant celle-ci ont été déterminés en comptant le nombre de fourmis montant et descendant du pont toutes les tranches de 5 minutes pendant 2 h 30 au début de l’expérimentation. Graphiquement, les moyennes de ces flux cumulés effectuées sur base des 9 colonies montrent la même évolution temporelle dans les conditions à 400ppm/20°C et celles à 800ppm/20°C que ce soit pour le flux ascendant (Fig.4) ou le flux descendant (Fig.5). De même, les valeurs finales des flux cumulés obtenus après 2h30 ne sont pas significativement différentes entre les deux conditions, qu’il s’agisse du flux ascendant (Wilcoxon : V=27, N=18, P-val=0,652) ou descendant (Wilcoxon : V=21, N=18, P-val=0,910). Le CO2 ne semble donc pas affecter le flux d’ouvrières qui s’établit entre la fourmilière et le plant infesté par la colonie de pucerons.
Fig.4 : évolution du flux cumulé ascendant moyen en fonction du temps. Pour chaque condition, un point correspond à la moyenne des flux cumulés des 9 colonies mesurés toutes les 5 minutes.
Fig.5 : évolution du flux cumulé descendant moyen en fonction du temps. Pour chaque condition, un point correspond à la moyenne des flux cumulés des 9 colonies mesurés toutes les 5 minutes.
Afin d’évaluer l’impact des conditions testées sur la mobilité des fourmis, nous avons mesuré pour chaque colonie, les temps mis par les 5 premières et les 5 dernières fourmis pour traverser le pont. Pour chaque colonie, les temps des 5 premières ont été moyennés ainsi que celui des 5 dernières. Les temps moyens mis par les premières fourmis ne diffèrent pas selon les conditions de CO2 (Wilcoxon : V=40, N=18, P-val=1). De même, les temps moyens observés pour les dernières ouvrières sont similaires entre les conditions testées (Wilcoxon : V=34, N=18, P-val=0,203). Pour une même condition, les premières ouvrières mettent plus de temps pour traverser le pont que les dernières, aussi bien à 400ppm-20°C (Wilcoxon : V=42,
0 50 100 150 200
00:15 00:30 00:45 01:00 01:15 01:30 01:45 02:00 02:15 02:30 Nombre cumulé de fourmis qui montent le pont
Temps
400ppm/20°C 800ppm/20°C
0 50 100 150
00:15 00:30 00:45 01:00 01:15 01:30 01:45 02:00 02:15 02:30 Nombre cumulé de fourmis qui descendent le pont
Temps
400ppm/20°C 800ppm/20°C
Page | 20 N=18, P-val=0,020) qu’à 800ppm-20°C (Wilcoxon : V=45, N=18, P-val=0,004). La vitesse de déplacement des fourmis tend à s’accélérer au fil du recrutement tandis que la concentration de CO2 n’affecte pas la mobilité des ouvrières.
Fig.6 : temps moyens mis par les 5 premières et les 5 dernières ouvrières de chaque colonie pour traverser le pont de 26 cm en fonction des conditions. Moyennes représentées par des croix sur la figure. N=9 pour chaque condition.
3.1.2 Suivi individuel de fourmis
Au cours des huit heures d’expérimentation, deux fourmis sont suivies chaque heure pour un total de 16 suivis par expérience. Des suivis réalisés de manière régulière au cours de l’expérimentation donnent une idée globale du comportement des ouvrières présentes sur le plant infesté de pucerons.
Des comptages du nombre de fourmis présentes sur la plante devant être réalisés toutes les 15 minutes, chaque suivi individuel est effectué pour une durée maximale de 10 minutes ou jusqu’à ce que la fourmi descende de la plante. Les courbes de « survie » des temps de séjour des fourmis sur la plante présentent une allure similaire pour les deux conditions et ne montrent pas de différences significatives (Logrank : χ2 =0,8, ddl=1, N=288, p-value=0,4).
Elles montrent également que les pourcentages de fourmis qui passent plus de 10 minutes sur la plante sont similaires pour les deux conditions testées à savoir 22,9% des fourmis suivies à 400ppm/20°C et 27,1% à 800ppm/20°C. La concentration en CO2 n’influence donc pas le temps passé par les ouvrières sur la plante infestée de pucerons.
Page | 21 Fig.7 : courbe de survie représentant l’évolution de la proportion de fourmis encore présentes sur la plante en fonction du temps d’observation. N=144 pour chaque condition.
Divers comportements ont été relevés au cours de ces suivis (Tableau 1), ils nous informent sur les interactions directes qui ont lieu entre pucerons et fourmis au sein de la relation mutualiste. Sur l’ensemble des suivis individuels, à savoir 144 pour chaque condition testée, aucun comportement agressif n’a été observé, un seul transport de puceron a été noté. Les trophallaxies ont été rares puisqu’elles ont été présentes dans moins de 5% de l’ensemble des suivis pour les deux conditions avec 5 observations à 400ppm/20°C contre 7 observations à 800ppm/20°C. Par contre, les antennations, les récoltes de miellat et les nettoyages ont été abondamment observés et sont détaillés ci-dessous.
Antennations
Le nombre d’antennations, pour l’ensemble des fourmis mobilisées sur le plant qui ont été suivies, a significativement varié en fonction des conditions (Wilcoxon-Mann-Whitney : W=8282, N=288, p-val=0,003). Le nombre d’antennations augmente quand la concentration en CO2 est plus élevée avec en moyenne 3,18±3,97 antennations (N=144) à 400ppm et 5,03±5,22 à 800ppm (N =144).
Fig.8 : nombre d’antennations toutes fourmis confondues en fonction de la concentration en CO2. N=144 pour chaque condition.
Page | 22 Le temps total passé à antenner des pucerons, pour toutes les fourmis mobilisées sur le plant qui ont été suivies, a lui aussi varié avec la concentration en CO2(Wilcoxon-Mann-Whitney : W=8127,5, N=288, p-val=0,002). Le temps total que la fourmi passe à antenner est plus important à 800ppm avec en moyenne 77±102,89 secondes (N=144) contre 45,28±77,38 secondes à 400 ppm (N=144).
Fig.9 : temps total passé par les fourmis à antenner des pucerons en fonction de la concentration en CO2. N=144 pour chaque condition.
Comme dit préalablement, le nombre de pucerons sur la plante a varié de façon non négligeable d’un test à l’autre. Pour évaluer l’impact de ce paramètre dans chacune des conditions de CO2, le nombre moyen d’antennations réalisées par les fourmis suivies lors d’un réplica (n=16) a été mis en relation avec le nombre de pucerons présents sur la plante lors de ce réplica. Les équations des régressions linéaires effectuées pour 800 ppm et 400 ppm sont respectivement y=0,013x+0,586 et y=0,013x-1,011. Les pentes de ces régressions montrent que pour chaque condition le nombre moyen d’antennations croît de manière continue avec le nombre de pucerons présents sur la plante (Fig. 10). Le niveau de CO2
ambiant semble également avoir un impact car pour un nombre de pucerons donné, on obtiendra toujours un nombre d’antennations supérieur à 800 ppm.
Fig.10 :évolutiondu nombre moyen d’antennations réalisées par les fourmis en fonction du nombre de pucerons présents sur la plante. Chaque point est calculé en réalisant la moyenne du nombre d’antennations observées au cours des 16 suivis pour une colonie.
0 2 4 6 8 10
0 100 200 300 400 500 600
Nombre moyen d'antennations
Nombre de pucerons sur la plante
400-20 800-20 Linéaire (400-20) Linéaire (800-20) 400ppm/20°C 800ppm/20°C
