II) La communication
1) Environnementale
Nous avons effectué des expériences sur cette partie du TPE, avec des fourmis Lasius Paralienus; voici le déroulement de notre démarche :
Comment les fourmis trouvent-elles leur nourriture ?
Expérience 1 :
Observation du comportement des fourmis face à de la nourriture.
Nous disposons d'une sortie de fourmilière, un trou, et nous laissons quatre fourmis se déplacer d'elles même.
Sur ces quatre fourmis, une seule a trouvé la nourriture; les autres cherchent dans des directions opposées.
Le fourmi A est retournée à la fourmilière en rebroussant chemin puis est repartie chercher la nourriture et la fourmi D a rejoint le chemin de la fourmi A.
La fourmi B a continué sa recherche et a finalement réussi à trouver le bon chemin pendant que la fourmi C s'est servie de la trace de la fourmi D pour rejoindre celle de la A.
Notons que les trajectoires de B, C et D ont été déviées.
Enfin, les fourmis A, C et D circulent sur la même piste que celle empruntée par A dès le départ; B possède un itinéraire différent car, au cours de sa trajectoire le reliant à A, il a trouvé la nourriture, donc son but était atteint.
Conclusion :
Ce qui découle de cette expérience est que le déplacement des fourmis ce fait de façon aléatoire puisque dans la première étape, les fourmis ont chacune pris des directions divergentes. C'est un type de déplacement dit de "ratissage", comme son nom l'indique, il permet d'explorer toute la surface d'un plan sans en oublier une parcelle.
D'après la deuxième expérience, D a rejoint le chemin de A, nous pouvons constater que ces insectes communiquent entre-eux de manière à avertir leurs congénères lorsqu'ils trouvent de la nourriture.
Nous pouvons aussi remarquer que le chemin tracé par chacune des fourmis "s'intensifie" à chaque fois que l'une d'entre elles l'emprunte car le nombre de fourmis y circulant augmente au fil du temps.
Expérience 2 :
Maintenant, voyons si le chemin tracé par les fourmis peut être effacé :
Lorsque nous plaçons un solide, une brindille, en travers de leur chemin, elles la contournent et reprennent le cours de leur piste.
En revanche, quand nous déposons une goutte d'eau, les fourmis sont bloquées et ne retrouvent plus leur trace.
Conclusion :
Nous en déduisons que la plupart des message transmis entre deux fourmis sont de nature chimique puisqu'ils ne sont pas perçus en tant que corps physique. Ce sont des substances odorantes et volatiles, appelées "phéromones", émises par plusieurs glandes, de Pavan, tergales, mandibulaires, métapleurales et y compris les glandes de Dufour présentes sur le schéma de la partie I).
Ces substances chimiques ont de nombreux rôles : la communication sexuelle, la communication entre une reine et son ouvrière, le recrutement, l'alarme, la défense et le marquage du territoire, à l'aide d'acide formique.
Ces messages sont sécrétés dans l'environnement, pour une durée déterminée, et sont reçus et distingués par les autres fourmis grâce à leurs antennes, elles provoquent une réaction comportementale spécifique, voire une modification physiologique.
Il s'agit d'une méthode de communication indirecte grâce à la modification de l'environnement, qui devient le support de communication, par les fourmis; ce procédé se nomme la stigmergie.
Les fourmis jouent de l'intensité de leurs messages, si les rétroaction sont positives, la piste restera plus longtemps perceptible par les fourmis. Respectivement, les rétroactions négatives dissipent ces molécules volatils plus aisément et empêchent alors le système des autres fourmis de s'emballer.
Ces messages dépendent de critères particuliers :
Si une petite goutte de miel se trouve à égale distance de la fourmilière qu'une grosse goutte d'eau sucrée, les fourmis concentreront leur attention sur le miel en priorité.
Ainsi elles privilégient la qualité à la quantité de vivres.
A fortiori, si deux pistes sont possibles pour atteindre la même nourriture, la plus courte des deux sera parcourue par plus de fourmis que la plus longue, ainsi le marquage en phéromones sera plus perceptible sur la piste la plus courte.
Ces signaux chimiques sont formés d'hydrocarbures constitués des éléments : C (Carbone) - H (Hydrogène) - O (Oxygène) - N (Azote). Les molécules des phéromones sont donc organiques.
Ces phéromones ne sont pas les mêmes suivant la colonie, l’espèce et il en existe tellement, qu'il est impossible de toutes les énumérer.
Exemples de molécules de phéromones :
Biomimetisme :
Le biomimétisme consiste à reproduire de façon synthétique ou artificielle l'environnement ainsi que le comportement de ses êtres vivants.
Cette reproduction est souvent employée dans le domaine de la chimie, pour la synthèse de nouvelles molécules, ou dans les mathématiques, pour la création d'algorithmes. Des chercheurs s'inspirent du comportement des fourmis pour prévenir d'éventuels dangers lors de grands rassemblements, afin de limiter le nombre de victimes pendant des bousculades mortelles (article La Dépêche, étude du CNRS).
2) Les antennes et les pattes : fonctions acoustique et tactile
Chez les fourmis comme chez la plupart des espèces d'insectes, certains messages simples et directs sont transmis par un rapport physique comme un tapotement, un effleurement ou bien un attouchement.
Pour les fourmis ces rapports passent, en majorité, par un contact antennaire, celles-ci sont sensibles au toucher et possèdent 11 segments ayant chacun un rôle différent. Cependant il existe également une communication tactile par l'intermédiaire des pattes aussi très utile pour les fourmis. Par exemple, une ouvrière peut demander à une autre de régurgiter de la nourriture liquide en étendant une patte antérieure sur le labium de sa voisine, organe équivalent à la langue chez l'homme, provoquant un réflexe vomitif; cet échange s'appelle la trophallaxie. Cet échange est expliqué dans le III).
Il existe chez les fourmis un organe stridulatoire qui permet à celles-ci d'émettre un crissement aigu en frottant un mince grattoir situé sur la taille, contre une sucession de fines crêtes situées sur un côté de l'abdomen.
Cette stridulation a plusieurs buts qui varient selon l'espèce ou les circonstances :
- Emettre un signal de détresse : il est produit par une ouvrière lorsqu'elle est en danger, par exemple lors d'un éboulement des galeries lorsqu'il pleut et, en passant par le sol, qui va avertir les autres fourmis qui acourront à l'aide de l'ouvrière. La stridulation est réceptionnée par l'intermédiaire des pattes ultra-sensibles aux vibrations du sol, contrairement à l'homme qui ressent plus les vibrations de l'air.
- Renseigner sur la qualité de la nourriture : lorsqu'une fourmi découvre une source de nourriture elle attire et renseigne les autres fourmis de la qualité de cette trouvaille en émettant une stridulation. En effet plus la nourriture est intéressante et plus l'intensité de la vibration sera importante.
- Emettre un signal de renforcement : Lorsqu'une fourmi découvre une proie trop lourde pour elle-seule, elle stridule jusqu'à ce qu'une autre une fourmi qui reçoit le message émette à son tour des messages chimiques afin de recruter d'autres fourmis et aller aider la première.
- Un rôle mécanique : A l'échelle des fourmis, les vibrations permettent d'aider les ouvrières qui creusent le nid en désagrégeant les petites particules compactes du sol.
3) Vision
Les yeux sont composés d'une centaine de facettes appelées "ommatidies" et peuvent être comparés à des photorécepteurs. C'est cet assemblage des facettes qui donne une large vision à 180° aux fourmis. Chaque cellule va "photographier" une partie de l’image. C’est le cerveau qui va faire une synthèse de toutes ces informations afin de reconstituer une image complète. Le principe des yeux composés est environ le même que celui d’un puzzle. Mais la vision des fourmis n’est tout de même pas très nette en comparaison avec leurs cousines les abeilles. La netteté de la vision dépend, du nombre d’ommatidies qui composent l'œil. Les femelles et les mâles possèdent trois petits yeux, appelés "ocelles", disposés en triangle au sommet de la tête. Certaines ouvrières peuvent être aveugles. Suivant les espèces certaines voient en couleurs alors que d'autres doivent se contenter d'une bichromie, noir et blanc.
La communication visuelle est la plus utilisé lors du stade primaire évolutionnaire. De ce fait les fourmis ne l'utilisent quasiment plus car elles ont réussi à développer des moyens de communication plus rapides et bien plus efficaces tels que la communication olfactive. Malgré tout, la communication visuelle reste utilisée dans certains cas : lorsqu'une fourmi a besoin d'aide elle se met à tourner en rond autour de son obstacle, et quand elle est repérée par d'autres fourmis, elle peut être aidée.
Ici c'est la communication visuelle qui prime, car les fourmis ne peuvent se servir d'une communication chimique, tactile, ou encore acoustique lorsqu'elles sont éloignées les unes des autres, la portée de ces capacités n'est pas assez large.