La complexité du cerveau des fourmis apparaît pour la première fois au niveau cellulaire grâce à la technologie unicellulaire

Sommaire: En utilisant la technologie unicellulaire, les chercheurs découvrent comment la division sociale du travail dans une colonie de fourmis se reflète dans la spécialisation fonctionnelle du cerveau des fourmis au niveau cellulaire.

La source: Groupe BGI

Des chercheurs internationaux dirigés par la société chinoise BGI-Research ont utilisé la technologie unicellulaire pour étudier le cerveau des fourmis et ont décrit pour la première fois comment la division sociale du travail dans les colonies de fourmis se reflète dans la spécialisation fonctionnelle de leur cerveau au niveau cellulaire.

Dans une étude intitulée “Un atlas transcriptomique à cellule unique retraçant la base neurale de la division du travail dans un super-organisme de fourmi” publiée dans Nature Ecology and Evolution, des scientifiques de BGI Group’s BGI-Research, Kunming Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences, University de Copenhague, et d’autres ont appliqué la plate-forme de bibliothèque unicellulaire DNBeLab de BGI pour extraire plus de 200 000 transcriptomes mononucléaires de cerveaux de fourmis pharaon et ont créé une carte de transcriptome unicellulaire qui couvre tous les phénotypes adultes de cette espèce de fourmi : ouvrières, mâles, gynes (reines vierges ), et les reines. .

Les fourmis sont l’un des organismes les plus performants sur terre, existant depuis plus de 140 millions d’années. La biomasse des fourmis (déterminée en multipliant le poids moyen des membres d’une population estimée) est estimée être similaire à la biomasse humaine. Le succès des fourmis est généralement attribué à leur comportement social remarquable avec une division reproductive distincte du travail.

Les colonies de fourmis sont conceptualisées comme des super-organismes depuis plus d’un siècle. Grâce à la technologie unicellulaire, les scientifiques peuvent désormais déterminer systématiquement la complexité cellulaire dans le cerveau d’une fourmi et évaluer la différence de composition des cellules cérébrales entre les individus d’une même colonie.

Premier auteur de l’article et chercheur de BGI-Research Dr. “Nos découvertes montrent que la spécialisation fonctionnelle de leur cerveau semble être un mécanisme sous-jacent à la division du devoir social entre les fourmis individuelles”, explique Qiye Li. “Nous, les humains, apprenons et nous nous entraînons à faire différents travaux, tandis que les fourmis naissent avec un rôle spécifique dans leur colonie.”

L’équipe de recherche a découvert que les cerveaux des ouvrières et des fourmis mâles sont hautement spécialisés et hautement complémentaires. Les neurones responsables de l’apprentissage, de la mémoire et du traitement des informations olfactives sont particulièrement abondants chez les travailleurs, tandis que les cellules du lobe optique responsables du traitement des informations visuelles sont très peu abondantes. Cette tendance est inversée dans le cerveau des fourmis mâles, où les cellules du lobe optique sont abondantes mais moins de neurones pour le traitement olfactif, l’apprentissage et la mémoire.

“Ces découvertes confirment nos observations en laboratoire selon lesquelles les ouvrières des fourmis pharaons sont responsables de toutes les tâches d’entretien des colonies qui nécessitent des cerveaux polyvalents, tandis que les mâles ne sont impliqués dans aucune tâche d’entretien des colonies, car leur seule fonction est de trouver et de fertiliser une reine vierge.” Chercheur à l’Institut de zoologie de Kunming de l’Académie chinoise des sciences et co-auteur de l’article, le Dr. dit Weiwei Liu.

L’analyse a également détecté des changements significatifs dans le cerveau des gynes qui se sont transformés en reines après l’accouplement. Par exemple, les cellules du lobe optique ont diminué en abondance à mesure que les reines s’adaptaient à l’obscurité du nid, tandis que les neurones dopaminergiques et la glie de la gaine augmentaient, ce qui peut expliquer la fertilité et la longévité des reines.

“Il s’agit du premier atlas unicellulaire à couvrir tous les rôles sociaux dans une colonie de fourmis. Son succès bénéficie du développement d’une technologie de profilage unicellulaire hautement parallèle avec une sensibilité et une précision élevées à faible coût.” a déclaré le Dr Chuanyu Liu, co-auteur et chercheur à BGI-Research.

En comparant les cellules cérébrales de la fourmi pharaon et mouche des fruits mouche des fruits, les chercheurs ont également découvert de nombreux types de cellules conservées dans le cerveau des insectes. Par exemple, une population de cellules du lobe optique mouche des fruits On le trouve également chez les fourmis, qui sont responsables de la détection du mouvement des objets pendant la parade nuptiale, et est particulièrement abondant chez les mâles.

Il montre une fourmi sur une feuille
Les fourmis sont l’un des organismes les plus performants sur terre, existant depuis plus de 140 millions d’années. image domaine public

La signature moléculaire et la localisation spatiale de ces cellules sont très similaires chez les deux insectes éloignés; Cela suggère que ces cellules jouent un rôle peut-être conservé dans la régulation du comportement d’accouplement des mâles chez les insectes, quelle que soit leur sociabilité.

Centre de recherche en biologie évolutive et des organismes, École de recherche en biologie évolutive et des organismes co-auteur Prof. “Ce travail nous aide à comprendre la complexité du cerveau des fourmis et comment la spécialisation complémentaire dans le cerveau permet aux fourmis au sein d’une colonie de fonctionner comme un super-organisme”, a déclaré Guojie Zhang. Université de médecine, Zhejiang.

“Les cerveaux des différentes castes et sexes sont spécialisés dans différents aspects et se complètent, permettant à l’ensemble de la colonie de fourmis d’accomplir toutes les fonctions, y compris la reproduction, la progéniture, la recherche de nourriture et la défense.

“Cette stratégie de vie de superorganisme a permis aux fourmis d’évoluer sur 140 millions d’années de compétition et de devenir finalement un groupe animal hautement dominant sur Terre.”

Une approbation éthique a été obtenue pour cette recherche.

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences

Auteur: Richard Lee
La source: Groupe BGI
Communication: Richard Li – Groupe BGI
Image: image domaine public

Recherche originale : Libre accès.
Un atlas transcriptomique unicellulaire retraçant la base neurale de la division du travail dans un superorganisme de fourmi.Qiye Li et al. Écologie de la nature et évolution

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Cela montre une femme qui sent une fleur.

Résumé

Un atlas transcriptomique unicellulaire retraçant la base neurale de la division du travail dans un superorganisme de fourmi.

Les colonies de fourmis, avec la division persistante du travail entre les castes et les rôles très divergents des sexes, ont été conceptualisées comme des super-organismes, mais les mécanismes cellulaires et moléculaires qui interviennent dans la spécialisation comportementale spécifique à la caste/au sexe sont restés insaisissables.

Ici, nous avons caractérisé le répertoire des cellules cérébrales des reines, des gynes (reines vierges), des ouvrières et des mâles. Pharaon Monomorium En obtenant 206 367 transcriptomes monocœurs.

comparer mouche des fruitsLes cellules Kenyon du corps fongique sont abondantes chez les fourmis, et la plupart des sous-types présentent une grande diversité, enrichie dans le cerveau des travailleurs, la caste dérivée de l’évolution.

Les cerveaux masculins sont aussi spécialisés que les cerveaux ouvriers, mais avec des tendances opposées dans la composition cellulaire, avec une plus grande abondance de tous les sous-types neuronaux du lobe optique, tandis que la composition des cerveaux jin et reine est restée généralisée, rappelant une ascendance solitaire.

La différenciation des rôles des femelles vierges aux reines ensemencées provoque des changements d’abondance dans environ 35 % des types de cellules, indiquant une neurogenèse active et/ou une mort cellulaire programmée au cours de cette transition.

Nous avons également identifié des changements cellulaires induits par l’ensemencement, notamment des augmentations de la couche gliale et une population régulée par la dopamine, éventuellement associées à la longévité et à la fertilité de la caste reproductrice. Dh31– fait référence aux neurones.

Nous concluons que la différenciation persistante des castes et la différenciation sexuelle extrême provoquent des changements majeurs dans les circuits neuronaux des fourmis.

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