Soutenance de thèse : Louis Pailler

Soutenance de la thèse de Louis Pailler

Communication sociale chez les termites : signaux impliqués dans la division des tâches reproductrices
Présenté et soutenu publiquement par le mardi 6 décembre 2022 à l’université de Tours (Amphi de Biologie, Bâtiment F, Parc de Grandmont) à 14h30.

Disponible aussi en direct en visioconférence

Laboratoire : Institut de Recherche sur la Biologie de l’Insecte, UMR CNRS 7261, Université de Tours
Directeur de thèse : Christophe Lucas

Membres du jury :
Stéphanie Bankhead (Orléans, Examinatrice)
Claire Detrain (Bruxelles, Examinatrice)
Audrey Dussutour (Toulouse, Rapporteuse)
Thibaud Monnin (Paris, Rapporteur)

Résumé (in english below)

La communication est à la base de toutes les interactions sociales dans la nature. La diversification des échanges d’informations, est une étape clé dans l’évolution de la socialité. Chez les insectes eusociaux, l’organisation sociale nécessite une grande pluralité de signaux, transmis par différents canaux de communication (chimique, vibroacoustique, visuel ou tactile). Chez ces espèces, la régulation de la division des taches reproductrices est primordiale, et généralement contrôlée par un faible nombre d’individus dans les colonies. De nombreuses études se sont intéressées aux signaux chimiques volatiles, mais d’autres voies de communications pourraient être davantage efficace dans certains environnements. Chez les espèces souterraines, comme par exemple les termites du genre Reticulitermes, la communication vibratoire est omniprésente. Des composés chimiques peu volatile, déposés sur le substrat ou transmis par contact entre les membres de la colonie, peuvent aussi être efficace dans les environnement clos comme les galeries souterraines. Cependant, leur implication dans l’organisation sociale et plus particulièrement dans la régulation des tâches reproductrices reste peu explorée. Au cours de cette thèse, je me suis intéressé à ce manque d’information, en étudiant ces voies de communications chez le termite à pattes jaunes Reticulitermes flavipes. J’ai d’abord étudié le comportement d’exploration d’une propagule (petit groupe d’individu) de termites R. flavipes en le comparant à d’autres espèces/populations du genre Reticulitermes. Puis je me suis intéressé au rôle des signaux reproducteurs dans la différenciation des castes. Plus particulièrement j’ai étudié le rôle des vibrations produites par un comportement observé en présence d’individus reproducteurs : le body-shaking, mais aussi le rôle des composés cuticulaires hydrophiles des reproducteurs. Enfin, j’ai décrit la structure physique des vibrations produites lors du comportement de body-shaking et testé leur implication dans l’organisation sociale d’une propagule de termite.

Grace au développement d’un système de mesure laser, de play-back des vibrations et de tracking vidéo automatisé à l’échelle individuelle, j’ai pu mesurer, caractériser et étudier l’impact des vibrations sur l’organisation sociale de R. flavipes. Mes résultats montrent tout d’abord que le comportement d’exploration d’une propagule varie selon les espèces, en lien avec leur organisation sociale. Les vibrations émises lors du comportement vibratoire de body-shaking sont impliqués dans la régulation de l’accès à la reproduction. En effet, en présence de ces vibrations, la proportion d’ouvriers se différenciants en reproducteur diminue, alors qu’en présence des vibrations contrôles, le nombre de reproducteurs augmente. Il s’avère que les vibrations émises durant le comportement de body-shaking ont une structure particulière, composés de différentes parties avec des fréquences variables. De plus, cette structure est affectée par la présence de reproducteurs. Lors d’expériences de playback des vibrations, les vibrations rejouées affectent l’occurrence et le nombre d’individu produisant le comportement de body-shaking (body-shaker). A courte échelle de temps, il semblerait que la production de ce comportement ne soit pas spécifique à certains individus. Étonnamment, ces body-shakers ont néanmoins une activité plus importante avec, notamment une distance parcourue plus grande comparé aux non-body-shakers.
Dans son ensemble, ce travail de thèse apporte de nouveau éléments concernant la régulation de l’organisation sociale chez les insectes eusociaux, et plus spécifiquement sur la division des tâches reproductrices au seins des colonies de termite. Il amène à de nouvelles perspectives de recherche sur l’importante de certains canaux de communication moins étudiés, et sur l’implication de signaux sociaux transmis par ses derniers dans la régulation de l’organisation sociale.

Mots-clés : Communication sociale, Reproduction, Division des tâches, Vibrations, Termites souterrains, Reticulitermes flavipes.

 

Abstract

Communication is a central component of all social interactions in nature. The diversification of information exchange is a key step in the evolution of sociality. In eusocial insects, social organisation requires a high plurality of signals, transmitted through several communication channels (chemical, vibro-acoustic, visual or tactile). The regulation of the division of reproductive tasks is essential and is generally controlled by a very small number of individuals in the colonies. Many studies have focused on volatile chemical signals, but other communication channels may be more effective in certain environments. In subterranean species, such as termites of the genus Reticulitermes, vibratory communication is ubiquitous. Low volatile chemical compounds, deposited on the substrate or transmitted by contact between colony members, may also be effective in closed environments such as underground galleries. However, their implication in social organisation and especially in the regulation of reproductive division of labour remains poorly explored. In this thesis, I addressed this information gap by studying these communication channels in the subterranean termite species Reticulitermes flavipes. I first investigated the exploration behaviour of a propagule (small group of individuals) of R. flavipes termites in comparison with other species/populations of the genus Reticulitermes. Then I studied the role of reproductive signals in reproductives differentiation. I focused on the role of the vibrations produced by a behaviour observed in the presence of reproductives: the body-shaking, as well as on the role of the cuticular polar compounds of reproductives in the differentiation. Finally, I described the physical structure of the vibrations produced during body-shaking behaviour and tested their implication in the social and spatial organisation of a termite propagule.

Thanks to the development of a laser measurement, vibration playback and automated video tracking system at the individual scale, I was able to measure, characterize and study the impact of vibrations on the social organization of R. flavipes. My results show firstly that the exploration behaviour of a propagule varies between species, in relation to their social organization. The vibrations emitted by the body-shaking behaviour are involved in the regulation of reproductive access. Indeed, in the presence of these vibrations the proportion of workers differentiated as reproductives decrease, whereas in presence of the control vibrations the number of reproductives increase. It turns out that the vibrations emitted during body-shaking behaviour have a particular structure, consisting of different parts with varying frequencies. Moreover, this structure is affected by the presence of reproductives. During vibration play-back experiments, the replayed vibrations affect the occurrence and number of individuals producing the body-shaking behaviour (body-shaker). On a short time scale, it seems that the production of this behaviour is not individual specific. Surprisingly, the body-shakers present nevertheless a greater activity, with for example a greater distance walked compared to non-body-shakers.
This thesis work provides new elements concerning the regulation of social organisation in eusocial insects, and more specifically on the division of reproductive tasks within termite colonies. It leads to new research perspectives on the importance of some communication channels that are less studied, and on the implication of social signals transmitted by those channels in the regulation of social organisation.

Keywords: Social communication, Reproduction, Division of labour, Vibrations, Subterranean termites, Reticulitermes flavipes.

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