Les Fourmis

lundi 6 mars 2017

Présentation

Ecrit par Antoine et Romain :

Bonjour, nous sommes Antoine et Romain et nous sommes fiers de vous présenter notre blog sur les fourmis. Suite à la présentation des différents thèmes du TPE, nous avons favorisé le thème de l’Individuel et Collectif. Après une réflexion rapide, nous avons trouvé que les fourmis étaient le meilleur moyen d’illustrer ce thème, de part notre environnement (abondance de fourmilières autour de nous) et les moyens qui nous sont mis à disposition (matériel pour les expériences, centre de documentations, etc.). Par la suite, il s’est avéré que le blog était le meilleur moyen de partager nos conclusions à propos des fourmis. Nous espérons que vous apprécierez votre visite sur ce dernier.

Introduction

Ecrit par Antoine et Romain :

« Pendant les quelques secondes qui vont vous être nécessaires pour lire ces 4 lignes :

-40 humains et 700 millions de fourmis sont en train de naître sur Terre.

-30 humains et 500 millions de fourmis sont en train de mourir sur Terre. » Bernard Werber, Les Fourmis.

Les fourmis sont les insectes qui constituent la famille des Formicidae (ou formicidés en français). Ceux-ci, faisant partie des insectes eusociaux, représentent 75% de la biomasse des insectes. Ils sont capables de former des colonies allant de quelque dizaines jusqu’à plusieurs millions. Ces peuplements sont appelés fourmilières et sont parfois d’organisation très complexe. Les fourmis font partie de l’ordre des Hyménoptera malgré le fait qu’elles n’ont pas d’ailes.

De tout temps et encore plus aujourd’hui, les hommes cherchent à comprendre ce petit insecte sans jamais, pour autant, y parvenir tant il s’est révélé complexe. Pourtant, ce que nous savons sur ces fourmis est devenu plus important. On sait, par exemple, aujourd’hui que le chaos apparent qui règne au sein de toute fourmilières est parfaitement ordonné et intelligible. Il répond à une organisation bien particulière.

Ce TPE a pour ambition de vous expliquer, d’une part, la fourmis en tant qu’individu. Ensuite, nous verrons qu’elles possèdent une organisation très particulière puis leurs différents moyens de communication. Finalement, nous appliquerons nos connaissances sur différentes espèces de fourmis. Ceci aura pour but de répondre à la problématique suivante :

Comment les fourmis sont-elles devenues l’espèce animale qui s’implante et se développe le mieux au monde ?

I-La Fourmi en tant qu'Individu

Ecrit par Antoine et Romain :

Pour commencer, nous allons voir que les fourmis ont une anatomie particulière selon leur caste ce qui va engendrer des rôles différents. Nous allons commencer par étudier l’anatomie générale à toutes les fourmis. Voici donc, un schéma de cet insecte :

Nous allons présenter les 3 parties principales de l’anatomie de la fourmi, soit la tête, le thorax et l’abdomen. Puis nous verrons qu’il y a des différences anatomiques en fonction de la caste de la fourmi.

A-La tête

Tout d’abord il faut savoir que la tête regroupe les trois sens de la fourmi qui sont la vue, l’odorat et le toucher. Les antennes de la fourmi sont très importantes car ce sont des récepteurs sensoriels extrêmement développés. Avec le schéma, nous voyons que celles-ci sont composées de deux parties qui sont le scape et le funicule. Le scape est situé à la base de la tête et il est souvent très long. Nous pouvons voir, après, un nombre important de petits articles qui constitue le funicule.

Ensuite, l’œil de la fourmi est composé, c’est-à-dire qu’il est constitué d’une centaine de facettes appelées ommatidies. Ce type d’œil commun à la majorité des insectes offre une vision panoramique à 180°. En comparaison à d’autres hyménoptères comme l’abeille et la mouche, la fourmi ne possède pas une vision très nette.

Finalement, nous allons aborder la mandibule. Il faut savoir que c’est la partie supérieure de la mâchoire, elle est aussi composée de deux parties qui ont beaucoup d’utilités. En effet, elles permettent de saisir la nourriture afin de pouvoir manger mais aussi d’arme ou encore d’outil de transport. Les deux parties de la mandibule sont dures et cornées ce qui permet à la fourmi de réaliser ces actions.

B-Le thorax

Ensuite, nous allons parler du thorax qui réalise la communication entre l’abdomen et la tête. Il est divisé en trois parties : le prothorax, le mésothorax et le métathorax. Nous pouvons voir évidemment qu’il y a les trois paires de pattes qui sont communes à tous les insectes. Celles-ci sont très longues et fines et permettent aux fourmis de se déplacer dans toutes les directions tout comme les araignées. A l’extrémité de ces pattes, nous retrouvons des griffes qui sont au nombre de douze, deux par patte. Elles ont différentes utilités car les griffes antérieures permettent de se nettoyer les antennes grâce à une sorte d’appendice nommée éperon. Ce sont cependant les griffes terminales qui permettent à la fourmi de se déplacer sur toutes les surfaces à la verticale comme à l’horizontal.

Mais le thorax a aussi d’autres utilités. Nous retrouvons ainsi sur le thorax différentes glandes ayant chacune une utilité différente. La majorité des fourmis possède huit glandes différentes et deux d’entre elles se situent dans le thorax. Tout d’abord, il y a la glande labiale à l’extrémité avec la tête. Elle permet de produire les enzymes digestives nécessaires à la fourmi pour se nourrir. Nous trouvons aussi la glande métapleurale qui permet de produire des substances antiseptiques afin de pouvoir se soigner.

C-L’abdomen

L’abdomen peut être considéré comme la partie du corps de la fourmi la plus importante car c’est celle qui contient tous les organes vitaux. En effet, nous pouvons voir que celui-ci contient le cœur qui est le moteur du système sanguin. Mais, il y a aussi tout le circuit digestif puisque nous retrouvons le jabot (ou estomac) et le jabot social, qui permet à une fourmi de nourrir ses compagnons en leur donnant le surplus de nourriture emmagasiné. Il y a un appareil digestif puisque nous retrouvons les intestins moyens, le rectum et l’anus. Nous pouvons aussi observer une vésicule à venin et les tubes de Malpighi, qui correspondent aux reins.

Tout comme dans le thorax, nous retrouvons des glandes dans l’abdomen. Elles sont au nombre de trois et possèdent encore une utilité bien particulière. Sur cette dernière partie du corps de la fourmi, nous pouvons voir les deux glandes qui produisent les phéromones qui sont la glande de Dufour, ou flacon de parfum, pour déposer une phéromone piste qui trace donc un chemin mais aussi la glande pygidiale qui laisse échapper les phéromones de fuite et d’avertissement en cas de danger envers les fourmis.

D-Différences anatomiques en fonction des castes

La majorité des différences se trouvent entre les castes des reines et des ouvrières. Les ouvrières sont asexuées mais sont de sexe féminin. Tout d’abord les princes et princesses possèdent des ailes qui leur sont propres. Ils possèdent aussi d’autres yeux en forme triangulaires qui se nomment les ocelles. Il y a aussi des différences morphologiques au niveau de l’abdomen puisque les mâles possèdent sept anneaux et les femelles en possèdent six. Cette différence se retrouve également sur les articles des funicules puisque les mâles en ont douze et les femelles en ont onze. Ensuite, nous pouvons parler des gardes puisqu’elles possèdent des mandibules plus grandes. Finalement, nous allons parler de l’abdomen bien plus imposant de la reine. Après la fécondation, la princesse perd ses ailes et s’installe dans une fourmilière. Nous pouvons observer qu’il y a une forte croissance de l’abdomen permettant ainsi à la reine de pondre les œufs de fourmis.

II-Une Organisation Particulière

Ecrit par Antoine et Romain

Nous pouvons voir que ces différences anatomiques au niveau des fourmis vont entraîner des castes ayant des rôles bien différents au sein de la fourmilière. Cette organisation en classe est aussi le fruit d’une fonction adaptée à ce que la fourmi en question est capable de faire.

Nous allons donc montrer que ces castes sont toute différentes puis qu’elles ont chacun leur rôle au sein de la fourmilière.

A-Les différentes castes

La fourmilière est un endroit organisé et non hiérarchisé. En effet, les fourmis travaillent à leur compte pour le bien de la communauté dans laquelle elles vivent ; En aucun cas, il existerait une hiérarchie quelconque dans laquelle la reine serait au sommet et les ouvrières en fin de liste. Dans la majorité des espèces de fourmis, il existe des castes qui prédéterminent la fonction d’une fourmi dans la fourmilière. Dans les fourmilières les plus communes, il existe deux castes différentes qui contiennent des sous-catégories.

La première caste est la fourmi sexuée, elle comprend la reine qui entretient la fourmilière en renouvelant les ouvrières. Elle est facilement reconnaissable grâce à son abdomen bien plus gros, du à la présence de l'appareil de reproduction ainsi que la spermathèque. Cette caste contient aussi les princes et les princesses . Ces dernières, lors d’un vol nuptial, seront fécondées et ainsi deviendront des reines.

La deuxième caste représente les fourmis asexuées, cette caste comporte les ouvrières, les nourrices ou encore les soldats. Les soldats sont facilement reconnaissables grâce à leurs grosses mandibules et leur taille plus importante. Ces soldats ne servent pas qu'à la défense de la colonie : ils sont utiles au broyage des graines ou au découpage des aliments. Viennent ensuite les nourrices qui s'occupent des larves et des œufs. Pour finir, il y a la main d’œuvre de la colonie, les ouvrières ; celles-ci sont la sous-catégorie la plus nombreuse. Elles assurent tout le réapprovisionnement de la fourmilière en nourriture, eau ou encore l’évacuation des déchets.

La caste de la fourmi sera déterminée par la quantité de nourriture que la larve aura reçue. Le sexe, lui, sera déterminé par la reine.

Une reine fourmi se faisant aider par des ouvrières

B-L’organisation au sein de la fourmilière

Une fourmilière est aménagée de manière à être efficace contre les intempéries, les menaces externes ou encore pour des questions de températures. En effet les ouvertures de la fourmilière varient en fonction de l'heure,. Par exemple, au lever du soleil, les ouvertures de celle-ci seront orientées vers le sud-est, durant l'après-midi, elles seront orientées vers le sud-ouest.

La fourmilière est organisée en galeries, pouvant descendre à trente ou quarante centimètres sous terre, reliant des salles pouvant être utilisées comme lieu de stockage de graines, viande ou encore des larves qui sont souvent déplacées vers le haut la journée pour profiter de la chaleur et au contraire la nuit vers le fond pour être à l'abri du froid. Seulement, les fourmis n’évoluent pas que dans le temps puisque le temps paraît plus long quand il fait froid et donc plus court quand il fait chaud.

Les salles présentes au fond de la fourmilière abritent les individus importants ou fragiles tel que les œufs, les larves ou encore la reine pour qu'en cas d'attaque ces individus ne soient exposés au danger. Au contraire les chambres présentes le plus à la surface sont celles moins importantes comme la salle des gardes ou les réserves de nourritures qui sont alors beaucoup moins vulnérables à une attaque.

Nous pouvons les trouver dans différents endroits tel que des bûches ou des dômes de terres construits par les fourmis.

Schéma d'une fourmilière type

C-La vie en dehors de la fourmilière

En dehors de leur fourmilière, les fourmis sont sans relâche en quête de nouveaux territoires ou domaines de chasse. Souvent certaines colonies se rencontrent sur le même territoire et ainsi une rivalité peut apparaître entre elles.

Tout d'abord le renseignement est mis en œuvre pour déterminer si l'autre colonie est plus nombreuse ou pas. Si l'autre colonie est jugée inférieure en nombre, alors l'assaut peut être lancé pour ensuite profiter du nouveau territoire ainsi que des ressources alimentaires qui vont avec. Mais si la colonie en face est jugée bien trop puissante, alors vient une politique de défense. La manière de se défendre varie selon les espèces. Par exemple, si une colonie de fourmis des bois entre en rivalité avec une autre colonie jugée beaucoup plus puissante qu’elle, un combat entraînerait la fin de cette colonie de fourmis des bois.

C'est alors que commence la politique de défense : lorsqu’une fourmi adverse est repérée, une des fourmis la charge pour s’imprégner de son odeur. Elle fuira ensuite le combat et laissera des phéromones de piste jusqu'au dôme. Ainsi les fourmis alertées se lanceront à la recherche de l'intruse afin de la tuer avant que l'information n'arrive au dôme adverse. Ainsi la colonie adverse n’aura aucune information sur la colonie des bois ou encore le nombre de fourmis des bois. Le combat sera jugé trop risqué et n'aura donc pas lieu.

III-Les Différents Moyens de Communication

Ecrit par Antoine et Romain :

Comme nous avons pu le voir dans la partie précédente, les fourmis possèdent une organisation particulière. Celle-ci peut être réalisée seulement grâce à tous les moyens de communication utilisés par les fourmis afin de pouvoir accomplir leur tâche pour la fourmilière.

Nous allons commencer par évoquer les communications secondaires de la fourmi qui sont visuelle, tactile et sonore. Puis nous poursuivrons avec la communication chimique qui est très importante pour les fourmis.

A-Les communications visuelle, sonore et tactile

Aujourd’hui, la communication visuelle est de moins en moins utilisée par les fourmis. En effet, elle était bien plus fréquente au début de leur évolution mais elles avaient besoin d’un meilleur moyen de communication. Cependant, certaines espèces de fourmis utilisent encore les canaux visuels pour la création d’un nid ou encore afin de signaler des sources de nourriture trop grosses ou trop lourdes pour être transportées par une fourmi. Elles l’utilisent donc pour demander de l’aide. Cette utilisation de signaux visuels est commune à une majorité d’espèces d’animaux mais ils utilisent aussi d’autre moyens de communications, comme la fourmi.

Ainsi, nous pouvons parler de la communication sonore qui est un peu plus utilisée que la communication visuelle. Cependant, elle n’est pas utilisée de la même manière que nous le faisons, nous humains. Les fourmis n’utilisent pas les sons mais plutôt des vibrations. Elles utilisent un phénomène de stridulation qui propage des ondes sonores dans le sol. Les autres fourmis vont ainsi détecter ces ondes avec leurs pattes qui sont ultra sensibles aux vibrations. Les fourmis utilisent la communication sonore pour différentes utilisations qui sont, par exemple, pour prévenir d’un danger, pour demander de l’aide ou encore pour prévenir qu’il y a de la nourriture à proximité. L’interprétation qui va être faite de ce moyen de communication varie en fonction de l’intensité de l’onde sonore.

Finalement, nous allons évoquer la communication tactile car elle tient une place importante chez les fourmis. En effet, c’est le moyen de communication le plus utilisé, après la communication chimique. Dans celui-ci, les fourmis utilisent principalement leurs antennes. Elles leur permettent de faire passer un message direct tout comme leurs pattes même si elles sont moins présentes. Ce moyen de communication entraîne un contact social avec les autres fourmis, dont la reine. En effet, les antennes servent aussi à la trophallaxie qui est un transport de nourriture entre deux individus d’une même fourmilière. Celle-ci peut être réalisée entre tout type de fourmis. C’est le moyen utilisé, en majorité, par les fourmis ouvrières pour nourrir le reste de la fourmilière, soit, la reine ou les larves. Comme l’odeur de la fourmilière est en perpétuel changement, la trophallaxie est aussi le moyen pour une fourmi de s’adapter et donc ne pas se faire rejeter par le reste de la fourmilière.

Fourmis réalisant une trophallaxie

B-La communication chimique

La communication chimique est le moyen de communication le plus élaboré et le plus développé chez les fourmis. Elles produisent des phéromones qui sont sécrétées par des cellules de leur peau ou par des glandes endocrines. Ces phéromones sont des molécules organiques synthétisées par les organismes vivants. Sur les fourmis, les glandes majeures sont au nombre de huit et se situent sur différentes parties du corps. Mais elles ne produisent pas toutes des phéromones. Nous allons voir qu’il y a des catégories de phéromones contenant des phéromones ayant des utilités plus précises.

Ainsi, nous allons commencer avec les phéromones de déclenchement. Elles produisent un changement d’état immédiat au niveau du comportement de la fourmi réceptrice. On y classe les phéromones sexuelles, les phéromones de piste, de territoire ou encore d’alarme. Les phéromones sexuelles sont essentielles à la reproduction puisqu’elles permettent d’attirer des fourmis du sexe opposé. La majorité du temps, c’est la femelle qui attire le mâle. La longueur de la chaîne carbonée nous permet de connaître le sexe de la fourmi. On distingue deux catégories de phéromones sexuelles qui sont les substances d’appels et les substances aphrodisiaques, celles qui entraînent l’accouplement.

Ensuite, nous pouvons parler des phéromones de territoire. Elles sont utilisées par une majorité d’animaux tels que le chien et le chat mais, pour ces exemples, on les retrouve dans l’urine. Cependant, la fourmi produit ces phéromones avec la glande Dufour, se situant sur l’abdomen. Elles exercent deux rôles importants, le premier est l’action répulsive envers les autres fourmis. Le deuxième usage est de permettre aux ouvrières de retrouver leur chemin à la fourmilière. Après, nous pouvons aborder la phéromone d’alarme qui est utilisée par les poissons, mammifères et les insectes pour alerter d’un danger. Chez les fourmis, elle entraîne une réaction collective afin de mieux contrôler le danger. Cette réaction se divise en deux parties : il y a tout d’abord un mouvement de « panique » où les fourmis vont toutes se déplacer vers le danger à grande vitesse. Ensuite, elles adoptent une position de combat ou l’abdomen est relevé afin d’envoyer de l’acide formique sur le danger ou alors, elles mordent ce danger avec leurs mandibules pour y déposer du venin.

Finalement, nous allons aborder les phéromones de pistes qui permettent aux insectes, tel que la fourmi, de tracer un chemin chimique. Celles-ci sont utilisées pour le recrutement d’autre fourmis de la fourmilière afin d’aider au transport de la nourriture ou encore pour tracer une piste pour permettre le déménagement d’une colonie. Pour montrer l’utilité et l’existence de ces phéromones nous avons réalisé deux expériences. La première consistait à placer une bande papier entre la fourmilière et une source de nourriture. Après le passage d’un grand nombre de fourmis, nous bougeons la bande de papier sans toucher à rien d’autre. Nous observons que, une fois le papier déplacé, les fourmis continuent leur trajet sur le papier. Voici le schéma de l’expérience et son observation :

Expérience prouvant l'existence et l'utilité des phéromones de piste

Ensuite, nous avons placé de l’eau sur cette bande et nous avons remarqué que les fourmis étaient déboussolées avant de contourner cette eau et de refaire une piste, de cette manière :

Expérience insistant sur la communication effectué par les phéromones

IV-Exemples tirés de différentes espèces de fourmis

Pour clôturer ce TPE, nous allons tirer des exemples de différentes espèces de fourmis plus ou moins dangereuses. Nous avons choisi de parler de trois espèces en particulier, cependant, les scientifiques en ont décompté 12000 pour dix millions de milliards de fourmis.

Ces trois espèces seront la fourmi noire des jardins, la fourmi safari et la fourmi de feu.

A- Fourmi noire des jardins

Premièrement, il faut savoir que la fourmi noire des jardins, ou Lasius Niger, est une fourmi cosmopolite que l’on peut trouver de manière commune en Europe, aux Etats-Unis ou encore en Inde. Présente en Éthiopie, elle est caractérisée par sa couleur noire et sa taille allant de trois à cinq millimètres pour les ouvrières et jusqu'à 11 millimètres pour la reine, normalement 9 millimètres.

Ces colonies ne possèdent qu'une seule reine, elles sont donc monogynes. Une reine de cette espèce peut fonder toute seule sa colonie, les fourmis noires des jardins sont donc à fondation indépendante. La fourmi reine se trouve un trou ou elle séjournera tout au long de sa vie où elle sera aidée ensuite par des milliers d'ouvrières, entre 5 et 15 milles. Une reine vivra une vingtaine d'année tandis que les ouvrières, elles, vivront 3 années maximum. Le record de longévité d’une fourmi est par l’une de ces reines qui a vécu vingt-huit ans et huit mois.

Les Lasius Niger élèvent des pucerons afin de les faire produire du miellat dont elles sont friandes. Ces fourmis se nourrissent aussi d’autres insectes ou de certains végétaux. On les appelle fourmis des jardins car elles se tapissent souvent non loin de nos habitations à la recherche notamment de quoi se nourrir, omnivores tout comme nous, elles n'hésitent pas à faire intrusion dans les maisons pour manger des restes. Elles sont attirées par le sucré.

Photo de Lasius Niger prise en Ethiopie

B-Fourmi safari

La fourmi safari, ou Dorylus, est aussi appelé Siafu en langue locale qui est le Swahili. Elles sont originaires des zones arides et sèches d'Afrique centrale et orientale et sont plus communément appelées fourmis légionnaires. Ces colonies ont la particularité d'être nomades ne restant que quelques jours au même endroit comme elles sont très nombreuses. En effet, les Dorylus possèdent des fourmilières temporaires, d’une durée allant de quelques jours à plusieurs mois, comprenant entre cent milles et vingt millions de fourmis. Elles se doivent donc de renouveler leur terrain de chasse régulièrement.

Pendant cette migration, ces fourmis forment une colonne et se déplacent à une vitesse de vingt mètres par heure. Ces espèces sont considérées comme dangereuses pour les Hommes surtout pour les nourrissons et les infirmes n’étant pas dans la possibilité de se déplacer. Comme elles sont carnivores, durant le déplacement de la colonie, les Dorylus en très grand nombre, peuvent s’attaquer à des proies bien plus grosses qu’elles tels que des rats, des serpents ou encore des crabes d’eau douce. Cette espèce possède des soldats qui lors de leur exode vers de nouveaux terrains de chasse, se postent aux abords de la colonie pour surveiller et repérer des proies. Bien qu'elles soient toutes aveugles, elles communiquent dans l'ensemble par le biais de phéromones. La reine est évidemment le plus gros membre de la colonie et elle est très protégée car si elle meurt, la colonie disparaît.

Photo de Dorylus prise en Tanzanie

C-Fourmis de feu

La fourmi de feu, autrement appelée Solenopsis Invicta, est originaire d’Amérique du Sud. Cependant, elle est maintenant plus visible en Australie, à Taïwan ou encore aux Philippines. Son nom fourmi de feu vient de sa piqure qui est l’une des plus dangereuses. Elle produirait une sensation de brûlure intense.

Les Solenopsis Invicta sont plus agressives que la majorité des fourmis. Elles n'hésitent pas à attaquer massivement les proies qui osent s'approcher un peu trop près du nid. Par exemple, si une personne marche par inattention sur une fourmilière, elle verrait un grand nombre de fourmis lui arriver sur les jambes. En effet, ces fourmis sont très réceptives aux phéromones et se forment donc en essaim. Une d’entre elles est capable d’utiliser son dard sept à huit fois avant de mourir.

Une ouvrière peut varier de taille, entre 2 et 6 mm et possède un aiguillon qui relâche du venin après avoir piqué. Une colonie de feu varie de 200 000 à 400 000 ouvrières avec à sa tête une seule reine. Ces fourmilières peuvent être déplacées en une nuit, ce qui leur permet d'échapper à des potentiels insecticides car elles entravent l’agriculture et l'élevage des bovins. Elle est aujourd’hui considérée comme une espèce invasive même si c’est l’homme et ses accords commerciaux qui lui ont permis de se développer dans le monde entier. C’est ainsi que s’est produit une introduction accidentelle en Australie de Solenopsis Invicta.

Photo de Solenopsis Invicta

Conclusion

Ecrit par Antoine et Romain :

A travers cette étude sur les fourmis, nous pouvons ressortir une particularité intéressante : la prospérité propre à la fourmi est dû au fait que la fourmilière prime sur l’individu. On a pu étudier la dimension sociale très importante de ces fourmis qui leur a permis une évolution quasi unique. Nous pouvons donc en conclure que la fourmi est devenue l’espèce animale qui s’implante et se développe le mieux au monde grâce à leurs spécificités anatomiques mais aussi par l’importance de leur vie au sein de la fourmilière et finalement par tous leurs moyens de communications très développés.

Cependant, nous pouvons remarquer que la fourmi a subi une évolution qui est, en certains points, semblable à l’Homme. Par exemple, l’aspect social est très ressemblant. On peut donc se demander si ce ne sont que des coïncidences ou si l’Homme s’est inspiré de la fourmi sur certaines de ces similarités. L’Homme pourrait s’inspirer sur d’autres points des fourmis en reprenant, par exemple, la constitution de leur société.