De parfaites éboueuses

On estime à un milliard de milliards (1018) le nombre d’insectes qui à chaque instant partagent la biosphère avec nous. Immanquablement, c’est autant de cadavres qui jonchent le sol dans les jours qui suivent, dont l’accumulation poserait de sérieux problèmes d’hygiène. C’est aux fourmis carnivores que revient le rôle d’éboueuses. Il semble que 90 % des cadavres de petits insectes finissent dans les profondeurs d’un nid de fourmis nécrophages. Les restes de petits vertébrés (oiseaux, lézards...) sont dépouillés de leur chair.

Ce rôle d’éboueuses a été confirmé en ville. Des quantités connues de miettes de gâteaux, hot-dogs et chips, protégées des oiseaux et des rongeurs par un grillage, ont été déposées dans les parcs et les avenues de New-York. Quelques jours plus tard, la pesée des miettes résiduelles montre qu’il existe une forte corrélation entre la disparition des miettes et la densité de la fourmi des trottoirs Tetramorium. Non seulement l’activité de celle-ci contribue à la propreté de la ville, mais en faisant disparaître les restes alimentaires, elle prive en partie les pigeons et les rats de leur alimentation, concourant ainsi pour une petite part à la diminution du nombre d’animaux vecteurs de pathogènes.

Les fourmis, ça se mange aussi

Vers 2050, la population mondiale devrait atteindre neuf milliards d’individus. Un rapport de la FAO (Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture) estime que la demande en nourriture augmentera alors de 70 % par rapport à nos besoins actuels. Les sources conventionnelles en protéines ne seront pas suffisantes. Une source alternative pourrait être la consommation d’insectes. Plus de 2 000 espèces sont déjà consommées par deux milliards d’individus, essentiellement en Asie, Afrique et Amérique du Sud. Les fourmis ne sont certainement pas les insectes les plus recherchés mais certaines ont acquis une notoriété locale. En Chine par exemple, les ouvrières de Polyrhachis dives sont consommées depuis des siècles. Dans le Nord-Est du pays, ces fourmis sont couramment incorporées à des boulettes de viande, certaines minorités ethniques du pays en faisant même des gourmandises offertes aux invités. Le plaisir gustatif se retrouve au Mexique où les grosses fourmis bonbonnes Mymecocystus sont considérées comme des friandises, leur abdomen distendu contenant des jus sucrés. En Thaïlande et en Indonésie, les grosses larves de reines d’Oecophylla smaragdina sont consommées et auraient des vertus thérapeutiques.

Les fourmis, la santé et le bien-être humain

Nous avons vu dans « Des fourmis soucieuses de leur santé » (p. 99) comment l’évolution a innové pour protéger les fourmis du développement de pathologies contagieuses dû à la promiscuité et aux conditions climatiques qui se rencontrent dans les fourmilières. Toutes les fourmis étudiées à ce jour, qui possèdent une glande métapleurale, produisent des substances antibactériennes. Sans oublier les bactéries filamenteuses des fourmis champignonnistes, dont on connaît les vertus antimicrobiennes et antifongiques. Il y a sans doute là un gisement de substances nouvelles à exploiter. La piste est d’autant plus prometteuse que ces substances ont été modelées par une évolution vers la socialité, un processus évolutif qui concerne aussi l’espèce humaine. Nous pourrions profiter pleinement d’une nouvelle génération d’antibiotiques.

Il faut penser aussi aux venins de plusieurs espèces dont certains ont des propriétés insecticides qui pourraient être copiées. Quant aux phéromones de piste ou de recrutement, il n’est pas interdit de penser qu’elles pourraient être détournées à notre profit pour éloigner des fourmis indésirables.

Les recherches ont commencé de manière empirique en observant les avantages que des populations tiraient de la consommation de fourmis. Polyrhachis dives, mangé depuis des siècles dans l’Empire du Milieu, fait partie de la médecine chinoise traditionnelle. La fourmi noire chinoise est efficace, au dire des autochtones, contre les rhumatismes, le diabète et les inflammations. Des études en centres hospitaliers ont permis d’identifier une trentaine de composés comprenant de l’azote non peptidique. Certains d’entre eux ont des effets immunosuppresseurs, anti-inflammatoires, rénoprotecteurs et antalgiques. La plupart de ces substances contiennent des fractions pyridines et des alcaloïdes nouveaux pour la science.

Puisque l’investigation des espèces connues commence à peine, que nous réserve celle des milliers de fourmis encore inconnues ? À la condition évidemment que nous sachions préserver la biodiversité de la faune myrmécologique, en particulier celle vivant dans un milieu tropical menacé par les activités humaines.

Les fourmis et la robotique

S’il y a bien un domaine où l’on n’attendait pas un apport des fourmis, c’est celui de la robotique ! Reprenons l’exemple des fourmis tisserandes. Cette société n’a pas de chef, mais seulement une quantité de petits individus n’ayant aucune idée de la tâche à accomplir. Et pourtant, grâce aux interactions entre les ouvrières, les tisserandes rapprochent les feuilles et les collent ensemble. C’est ce qui a donné l’idée à des équipes regroupant biologistes et roboticiens de lorgner du côté des fourmis.

Et si au lieu de construire d’énormes machines capables de remplir de multiples fonctions, mais bardées d’électronique que la moindre défaillance immobilise définitivement, on s’orientait vers la réalisation de flottilles de robots, beaucoup plus simples et donc plus robustes  ? Ces petits robots seraient-ils capables de reproduire l’émergence de la coopération conduisant à effectuer une tâche déterminée ? Pour le vérifier, les bio-ingénieurs ont conçu des petits robots montés sur roues. Ces robots sont capables de pousser individuellement de petits disques représentant de la nourriture, mais doivent se mettre à plusieurs — c’est-à-dire coopérer — pour pousser de plus gros disques. Ils sont capables de percevoir leur environnement grâce à des caméras et de communiquer entre eux en émettant des lumières de couleur. Leur comportement est régulé par un réseau de neurones artificiels dont la connexion est sous le contrôle de pseudo-gènes eux aussi artificiels qui peuvent prendre une valeur comprise entre – 1 et + 1. Au début de l’expérience, les « gènes » sont programmés pour prendre des valeurs aléatoires. Le comportement des robots est alors peu fonctionnel, seuls quelques-uns étant capables de pousser les petits disques au bon endroit. Plus tard, les meilleurs (ceux qui amènent le plus de disques) sont autorisés à se « reproduire ». C’est-à-dire que dans un deuxième essai, on augmente légèrement la proportion des « bons » robots au détriment des « mauvais » selon un algorithme calculé par ordinateur. On imite ainsi la sélection naturelle qui à chaque génération favorise les porteurs de la bonne mutation. Au bout de 150 « générations », la sélection a opéré pour ne conserver que les robots aptes à pousser les disques/nourriture.

Reste à recréer la coopération nécessaire pour pousser les grands disques. Elle n’est apparue que dans les groupes constitués d’individus apparentés, c’est-à-dire des groupes de robots formés d’individus issus de mêmes parents partageant les mêmes gènes artificiels.

Ces travaux, reprenant d’autres plus anciens mimant le comportement des blattes, mènent à l’existence d’une robotique collective dont le principe est de laisser à chaque robot le soin d’agir selon des règles comportementales simples, en fonction de la perception qu’il a de l’environnement et de pousser les machines à communiquer et s’entraider. Ces robots pratiquent l’intelligence en essaim tout comme la pratiquent les fourmis. Pourquoi ne pas imaginer que de tels robots miniatures, autonomes, sachant s’adapter à des différences environnementales, ne pourraient pas participer à des recherches lors d’une catastrophe naturelle ? Se faufilant avec aisance dans des espaces minuscules, s’entraidant dans leur quête, ils pourraient localiser des victimes.

Les fourmis, un modèle de comportement collectif

Le comportement collectif des fourmis a toujours intrigué l’observateur. Rechercher et transporter la nourriture vers la fourmilière, construire et défendre le nid sont des activités qui semblent dépendre d’une force mystérieuse, capable de coordonner les activités de milliers d’individus. Pourtant nous savons aujourd’hui que la reine ne joue aucun rôle comme donneur d’ordres ; elle n’est qu’une machine à pondre. Il n’y a aucun chef d’orchestre chez les fourmis. Quant aux ouvrières, la taille de leur cerveau, composé seulement de 100 000 neurones, exclut totalement qu’elles puissent avoir une appréciation globale des tâches à effectuer. Aucune n’a connaissance, dans sa totalité, de l’architecture sociale à laquelle elle participe. L’ouvrière ne possède pas de plan prédéfini, par exemple, pour édifier le nid ou organiser un plan de chasse ou de récolte.

D’où vient alors la parfaite coordination qui permet la réalisation des tâches collectives  ? La réponse privilégiée aujourd’hui réside dans l’existence d’une auto-organisation, c’est-à-dire d’un mécanisme qui permet l’élaboration de structures organisées collectivement à partir des informations ayant pour origine les multiples interactions entre les individus.

L’auto-organisation comme principe

La récolte des graines chez une fourmi moissonneuse est un bon exemple d’autoorganisation. Chez Veromessor pergandei, les ouvrières récolteuses quittent le nid par une piste principale qui les conduit dans un secteur de l’aire de récolte — appelons-le A — qu’elles exploitent pendant un ou plusieurs jours selon sa richesse en graines. Elles déposent bien sûr une phéromone attractive sur la piste et le secteur visité. Au fil des récoltes, la zone prospectée s’appauvrit en graines. Moins d’ouvrières la fréquentent, si bien que les dépôts de phéromone ne sont pas renouvelés et la piste finit par être désertée. Des exploratrices s’écartent alors de la piste principale A pour explorer les deux secteurs adjacents B et C qui entrent en compétition. Tout à fait par hasard, un plus grand nombre d’ouvrières s’engagent vers le secteur B, plutôt que vers le secteur C, et donc y déposent davantage de phéromone. Cela suffit pour attirer davantage d’ouvrières vers B que vers C. C’est donc la nouvelle piste menant au secteur B qui sera renforcée en phéromone et deviendra la piste utilisée quelques jours. Le secteur B épuisé, le même phénomène se reproduit à l’identique si bien qu’au cours du temps la piste principale fait le tour complet du nid, exactement comme le ferait la grande aiguille d’une horloge. Ainsi l’ensemble du territoire entourant le nid est visité sans jamais qu’un « plan d’exploration » ne soit échafaudé par les fourmis. C’est uniquement la richesse en phéromone et les interactions entre ouvrières qui sont responsables de ce comportement auto-organisé.

La fourmilière, un super-organisme ?

Les organismes vivants présentent des degrés divers d’organisation et peuvent être classés en unicellulaires, niveau le plus simple, et pluricellulaires. La paramécie est un organisme formé d’une seule cellule au sein de laquelle des organites se spécialisent dans diverses fonctions vitales : respiration, digestion, excrétion... Les autres organismes vivants sont des pluricellulaires, dont les cellules se groupent en tissus et en organes spécialisés : tissu nerveux (le cerveau), tissu cardiaque (le cœur), tissu reproducteur (ovaires et testicules)... Et si l’on essayait de considérer une société de fourmis comme un organisme unique, car elle se comporte comme un tout ? Cette théorie, qui veut voir dans chaque ouvrière une sorte de cellule mobile appartenant à un seul organisme, a été proposée il y a plus d’un siècle et trouve aujourd’hui de nombreux adeptes. C’est dans les grandes sociétés de fourmis que cette théorie trouve la meilleure crédibilité. On peut considérer le raid de chasse d’une colonie de fourmis légionnaires comme une façon d’immense amibe étendant des pseudopodes géants sur des dizaines de mètres.

Peut-on retrouver dans une fourmilière l’équivalent d’un organe reproducteur ? Assurément oui, sous la forme d’une reine et de mâles qui représentent le germen des pluricellulaires alors que les ouvrières, qui ne se reproduisent pas, seraient le soma. Et au même titre que le soma des pluricellulaires contribue au bon fonctionnement du germen, les ouvrières contribuent au bon fonctionnement des reines et des mâles reproducteurs.

Existe-t-il dans une fourmilière l’équivalent de la circulation de la nourriture qui, après sa digestion dans un appareil digestif, diffuse dans l’organisme via des vaisseaux sanguins  ? Chez les fourmis, grâce aux échanges de nourriture entre ouvrières (la trophallaxie), les éléments nourriciers parviennent de proche en proche à nourrir tous les individus.

Si l’on s’intéresse à la transmission de l’information, comment ne pas faire l’analogie entre les hormones de vertébrés régulant toutes les fonctions organiques et le comportement et les phéromones des fourmis, induisant des processus physiologiques et toutes les conduites comportementales ?

La protection contre des agressions constitue elle aussi une analogie de choix. Chez les vertébrés, le complexe majeur d’histocompatibilité (système HLA) permet de distinguer le soi du non-soi. Chez les fourmis, les hydrocarbures cuticulaires permettent aussi de distinguer le membre d’une société d’un étranger qui voudrait pénétrer dans la fourmilière. L’analogie peut aller plus loin. Chez les vertébrés, ce sont les globules blancs, fabriqués à bas coût, qui détectent et éliminent un corps étranger. Chez les fourmis, souvenons-nous de la défense des sociétés de fourmis tisserandes. Elle est assurée par des individus vieillissants, donc de peu de valeur. Le même processus se retrouve chez les fourmis champignonnistes qui « enferment » de vieux individus devenus inaptes à d’autres tâches, dans les poubelles du nid où ils manipulent les ordures jusqu’à la mort.

Il est évident que le cerveau d’une fourmi avec ses 100 000 neurone ne peut se comparer au cerveau d’un être humain qui possède 100 milliards de neurone, dont ceux du cortex établissent chacun 10 000 connexions. Remarquons toutefois que si le cerveau humain représente 2 % du poids de l’individu, celui d’une fourmi, Brachymyrmex par exemple, représente le double, soit 4 %, ce qui n’est pas si mal. Et si l’on connecte entre eux tous les cerveaux d’une fourmilière de fourmis légionnaires ou champignonnistes, on parvient à un nombre de neurones considérable. Des comportements complexes peuvent alors se mettre en place.

Ces animaux aux mœurs passionnantes nous réservent encore bien d’autres découvertes surprenantes. Alors sachons préserver la biodiversité de notre planète et l’homme pourra encore s’émerveiller devant les inventions d’un microcosme d’êtres animés, participant largement aux subtils et fragiles équilibres régissant la luxuriance de la Vie.