CARTON Julien
DEPRUGNEY Nicolas
1°SA
Lycée Henri Poincaré, Nancy
TPE 1°S
Les
Phéromones de la
Fourmi
Bienvenue
sur le site de nos TPE !
Il
vous présentera l'essentiel des phéromones de la fourmi,
à travers la problématique suivante :
Comment les fourmis communiquent-elles entre elles ?
A
tout moment, durant votre consultation du site, vous pourrez
accéder aux différentes parties de l'exposé par ce
menu :
[Introduction] - [I. Mise en évidence] - [II. Le rôle des phéromones] - [III. Comment les fourmis les produisent et les interprètent] - [Conclusion] - [Bibliographie]
Bonne
visite !
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Introduction :
Les
fourmis sont célèbres pour leur "intelligence de groupe":
en effet,
une fourmi à elle seule ne fait pas preuve d'un raisonnement
particulièrement
remarquable.
Les
fourmis n'existent que par leur appartenance à la
fourmilière, un peu à l'image
des cellules, qui ne sont pas dissociables de l'organisme auquel elles
appartiennent.
C'est
ce qui fait leur force ; une fourmi ne craint pas la mort et pense
d'abord au
groupe. (cf.
pp.192-193 du Livre
Secret des Fourmis, Encyclopédie du Savoir Relatif et Absolu,
article "Peur Fourmi" :
"[…] Au
mieux, elle sera inquiète pour la
survie de sa cité et l’ensemble de sa communauté. Jamais
il ne
lui viendra à l’idée « pourvu que je ne meure
pas » […] ".)
D'autre
part, à première vue, une fourmilière, "ça
grouille"... mais c'est un
lieu très hiérarchisé :
société en castes (reine, reproducteurs,
soldats, ouvrières) où chacun tient un rôle
très précis.
"Dans les grandes
cités
fourmis modernes, la répartition des tâches,
répétée sur des millions d'années,
a généré des mutations génétiques.
Ainsi certaines fourmis naissent avec
d'énormes mandibules-cisailles pour être soldats, d'autres
possèdent des
mandibules broyantes pour produire de la farine de
céréales, d'autres sont équipées
de glandes salivaires surdéveloppées pour mouiller et
désinfecter les jeunes
larves." (Les Fourmis, Bernard WERBER.)
Si
la fourmilière est très organisée, et si les
fourmis d'une même cité sont très
unies, on peut supposer qu'il existe un moyen de communication entre
elles,
d'où la problématique du TPE :
Qu'est-ce qui permet aux fourmis de
communiquer entre elles
?
I.
Mise en évidence
du
« langage » des fourmis.
Les
fourmis utilisent des pistes pour relier leurs territoires
(les lieux connus) à la fourmilière.
En forêt il en existe beaucoup, et chaque
colonie même peu importante en a au moins une.
Si on
passe son doigt mouillé sur une de ces pistes, elles
ne savent plus retourner seules à la fourmilière.
Elles ne contourneront pas la
barrière et seront complètement
désorientées ; il leur faudra un certain
moment pour reprendre leur activité.
En
fait, les gouttes d'eau pourraient constituer une
barrière pour les odeurs ; en effet une brindille ne les
gêne pas. On peut donc
supposer que les fourmis utilisent les odeurs pour trouver leur chemin.
La
piste serait alors une piste d’odeurs…
Nous venons de
montrer que les fourmis utilisent les
odeurs pour communiquer.
Ces odeurs
sont appelées phéromones. La
civilisation myrmycéenne a mis au point un système de
communication basé sur
les odeurs.
II.
Quelles sont leurs fonctions dans la société des
fourmis ?
Les
phéromones ont de multiples applications dans la colonie.
Nous allons ici
présenter les plus fréquentes d’entre elles et, à
partir de leurs formules
chimiques, tirer des conclusions sur ces molécules.
(Les formules chimiques
des
exemples qui suivent proviennent du site http://www.pherobase.com)
A.
Les
phéromones de piste :
Une
ouvrière en quête de nourriture suit les odeurs des
phéromones-aller ("je
pars"), et une ouvrière qui veut retourner à la
fourmilière utilise des
phéromones-retour ("je reviens").
(voir Expérience du I :
Mise en évidence du
« langage » des fourmis )
Chez les fourmis
coupeuses (Atta Hexana) :
La
formule chimique de ces phéromones de piste est C7H9O2N.
...où les boules blanches
représentent les atomes d'hydrogène, les bleu clair, de
carbone, et les rouges,
l'oxygène. La boule bleu foncé est un atome d'azote.
C’est donc une ester.
De
plus, il est possible de les synthétiser à partir d’un
alcool et d’un acide, ce qui est compatible avec les conditions du
vivant : pas besoin de températures ou de pressions
élevées, etc.
Chez
la fourmi rouge (Myrmica rubra) :
La
formule chimique de ces phéromones de piste est C8H12N2.
B. Les
phéromones d’alerte :
En cas de
danger, les fourmis peuvent
secréter des phéromones d’alerte qui ont pour but
d’avertir les autres fourmis.
Les individus alertés produiront à leur tour ces
mêmes phéromones ; la
colonie entière est ainsi prévenue en très peu de
temps, et peut se défendre
contre l’ennemi.
Chez les fourmis coupeuses :
Chez les fourmis
coupeuses à nouveau, les phéromones d’alerte sont des
molécules de formule chimique C8H16O.
Dans cette
molécule, on peut
reconnaître la fonction carbonyle (ci-contre)
c’est donc un cétone.
Les
cétones, à l’instar des esters, ont la
propriété de dégager des parfums, et
sont donc adaptés à la communication par les odeurs.
C. Les
phéromones passeport :
Les
phéromones passeport permettent aux fourmis de se
reconnaître. Chaque fourmi a
son odeur, qui permet aux autres individus de la reconnaître
très
rapidement : son espèce, sa cité mère, sa
reine, son statut dans la cité
(ouvrière, soldate, sexuée…), etc.
Malheureusement,
sur le site http://www.pherobase.com
nous n’avons pas trouvé de formules chimiques pour ce type de
phéromone chez
les fourmis.
D. Les
phéromones sexuelles :
Les
phéromones sexuelles, sans qui la reproduction chez les fourmis
serait très difficile, permettent la rencontre entre mâles
et femelles, et la
reconnaissance du sexe d’un individu.
Chez les
fourmis
rouges (Myrmica rubra), la formule de ces phéromones
sexuelles est C6H12O.
A
nouveau, on
retrouve la fonction carbonyle (double liaison entre un oxygène
et un
carbone) : c’est aussi un cétone, qui est
particulièrement adapté à la
communication par les odeurs, et tout particulièrement les
phéromones sexuelles
qui servent à attirer les membres du sexe opposé,
étant donné qu’elles se repèrent
de loin car elles ont un fort pouvoir odorant.
Il
existe bien sûr d’autres types de phéromones (les
allomones, qui seraient
chargées d’éloigner des indésirables ; les
phéromones de recrutement, qui
rassemblent les fourmis d’une cité ; etc.)
Mais
leur grande diversité ne nous permet pas de toutes les
étudier. De plus, chez
certaines espèces, les phéromones sexuelles des femelles
jouent aussi le rôle
d’allomones,…
Nous
allons cependant tirer des conclusions à partir des informations
réunies sur
les exemples de phéromones d’alerte et de piste.
Bilan :
A
partir des formules chimiques des trois exemples étudiés
précédemment, il
apparaît que les phéromones sont des molécules
organiques – car elles
sont constituées des éléments C, H, O, N – qui
sont adaptées à la communication
par les odeurs. Les esters et cétones vus en A et B
dégagent en effet des
odeurs puissantes, qui peuvent être repérées de
loin. Enfin, les molécules
concernées sont compatibles avec les conditions du vivant :
pas besoin de
températures élevées, etc. pour synthétiser
les phéromones.
[Introduction] - [I. Mise en évidence] - [II. Le rôle des phéromones] - [III. Comment les fourmis les produisent et les interprètent] - [Conclusion] - [Bibliographie]
Nous
allons maintenant voir comment la fourmi synthétise et
interprète ces
messages-odeurs.
III.
Comment sont-elles produites et interprétées ?
A.
L’anatomie
de la fourmi :
On peut
distinguer chez la fourmi (et chez
tous les insectes) trois parties ; dans l’ordre, la tête, le thorax
et l’abdomen. Les pattes (et éventuellement les
ailes) se situent au
niveau du thorax, les antennes se situent sur la tête.
En
fait, la fourmi dispose de nombreuses glandes qui sont réparties
sur son corps.
(voir schéma ci-dessous)
Fourmi
ouvrière :
B.
Emission
des phéromones :
Les
phéromones sont produites par les glandes des fourmis. La glande
d’émission
dépend du message transmis. Globalement : (ce n’est pas valable
pour toutes les espèces)
Les
glandes de Dufour et de Pavan servent
principalement à émettre
les phéromones de piste et de recrutement.
Les
glandes mandibulaires produisent les
phéromones d’alarme.
Les
glandes métapleurales sont
impliquées dans la production des phéromones passeport.
Enfin,
les glandes tergales libèrent les
phéromones
sexuelles.
C.
Réception
des phéromones :
A
l’heure actuelle, on pense également que les antennes
jouent un rôle important dans cette communication puisque
c’est grâce à elles que les fourmis
interprèteraient les messages : on parle de
sens olfactif stéréochimique
(c’est-à-dire apte à reconnaître la forme de la
molécule dans l’espace)
permettant l'orientation lointaine en retrouvant la piste d’odeurs.
Avec ce
sens stéréochimique, la fourmi peut
bien sûr reconnaître deux molécules isotopes de
constitution. Mais elle peut
surtout différencier deux molécules possédant le
même enchaînement d’atomes
mais où les atomes n’auraient pas les mêmes angles entre
eux…
Ces
différences –
même minimes – peuvent entraîner des changements dans les
propriétés des
molécules (exemple : la vanilline, qui sent la vanille, a
un tel isotope
qui, lui, ne dégage aucune odeur).
Avec
cette variable
supplémentaire dans une molécule, on peut accumuler de
très nombreuses
combinaisons (que la fourmi sait reconnaître).
On peut donc facilement imaginer la
complexité du langage des fourmis… les formules chimiques des
phéromones
varient d’ailleurs suivant les espèces et même la
fourmilière !
On a bien
vu en II que pour une même
phéromone, deux espèces n’utilisaient pas la même
molécule (la fourmi rouge et
la fourmi coupeuse n’ont pas la même phéromone de piste).
Conclusion :
Les fourmis
(ainsi que d’autres insectes : termites, guêpes, abeilles…)
ont mis au
point un système de communication très complexe, qui
fonctionne avec des "mots"
et des "phrases"
odeurs. Constitués de molécules
organiques qui sont très odorantes même en petite
quantité (esters,
cétones…), ces messages ont des fonctions très diverses
dans la société des
fourmis : ils peuvent aussi bien donner l’alerte que signaler un
chemin.
La fourmi les produit dans des glandes spécifiques
à chaque message, et
les interprète par un sens olfactif stéréochimique
très développé.
La recherche
concernant les phéromones a un enjeu important. Elle permettrait
en effet de développer
un insecticide naturel en utilisant des phéromones de
synthèse (même si
beaucoup d’insectes sont indispensables au fonctionnement de
l’écosystème). Par
exemple, il serait envisageable d’utiliser des phéromones de
piste pour
éloigner les envahisseurs ou des phéromones sexuelles
pour séparer les mâles
des femelles et empêcher la reproduction.
Cette forme de
lutte biologique a un avantage non négligeable : comme
les insectes
sont très sensibles aux phéromones, une faible
quantité de produit suffit pour
un résultat concluant, tout en n’étant nuisible ni
à l’Homme ni à
l’environnement.
Bibliographie :
Bernard
Werber
Les Fourmis,
1991
Le Jour des Fourmis,
1992
Le Livre Secret des
Fourmis, (Encyclopédie de
Savoir Relatif et Absolu), 1993
Bert
Hölldobler et Edward O. Wilson
Voyage chez les Fourmis,
une exploration scientifique, 1994
(Seuil / coll. Science
ouverte)
Sites
Internet :
Nous
avons utilisé les moteurs de recherche :
Google surtout (http://www.google.fr)
Altavista
pour
les images (http://www.altavista.fr)
Les
formules chimiques des phéromones présentées
proviennent principalement de http://www.pherobase.com.
Les
informations concernant la chimie organique (fonctions dans la chimie
organique : esters, cétones, amines… et leurs
propriétés) ont été trouvées
sur http://chimie.organique.free.fr.
Enfin, nous avons trouvé les informations sur les glandes sur le site
http://aramel.free.fr/ INSECTES14ter-5.shtml
[Introduction] - [I. Mise en évidence] - [II. Le rôle des phéromones] - [III. Comment les fourmis les produisent et les interprètent] - [Conclusion]
Plan :
I. Mise en évidence
A. Expérience, observations
B. Interprétation
II. Les phéromones : quelles sont leurs fonctions ?
A. Les phéromones de piste
B. Les phéromones d'alerte
C. Les phéromones
passeport
D. Les phéromones
sexuelles
III. Les phéromones : comment sont-elles produites
et interprétées ?
A. L'anatomie de la fourmi
B. L'émission des
phéromones
C. La réception des
phéromones