Des recherches récentes ont révélé que les termites construisent leurs nids complexes en détectant et en réagissant aux niveaux d'humidité plutôt qu'en utilisant des phéromones, révélant ainsi un mécanisme simple mais efficace pour créer des structures complexes. Une termitière dans son milieu naturel (une butte de Coptotermes lacteus en Nouvelle-Galles du Sud, Australie). Crédit : Andrea Perna
La nouvelle étude indique que l’humidité aide à guider les insectes dans leurs tâches.
Les termites sont souvent considérés comme les architectes de la nature. Leurs nids, qui peuvent atteindre plusieurs mètres de haut, ont des structures complexes et élaborées, des galeries qui assurent une communication efficace et qui aèrent automatiquement l'intérieur du nid d'une manière qui ferait l'envie des ingénieurs humains. Comment des milliers ou des millions d’insectes peuvent-ils coordonner leur travail pour construire des nids solides et fonctionnels pour la colonie ?
Une nouvelle étude coordonnée par Andrea Perna, professeur de systèmes complexes à l'IMT School for Advanced Studies Lucca, et publiée dans la revue eLifea maintenant identifié le mécanisme unique utilisé par les termites pour accomplir des tâches aussi extraordinaires.
Les termites ont presque fini de construire une structure voûtée. Les lumières rouges sont le faisceau lumineux utilisé par le scanner 3D pour quantifier l'avancement des travaux. Crédit : Giulio Facchini
Pour avoir réalisé leur expérience en laboratoire sur les termites du espèces Coptotermes gestroi (originaire d'Asie du Sud, mais qui s'est répandu jusqu'à la côte est des États-Unis), les chercheurs ont créé de petites arènes avec des structures artificielles de différentes hauteurs et formes en utilisant de l'argile humide.
Ils ont ensuite collecté de petites populations de termites provenant d’une colonie plus grande et quantifié leur comportement de construction en réponse à ces structures en suivant sur vidéo l’activité de tous les termites de la population, tout en caractérisant simultanément les changements dans la structure 3D. De cette manière, il a été possible de tester diverses hypothèses pour découvrir le mécanisme de coordination utilisé pour la construction des nids.
Les termites (Coptotermes gestroi) ont spontanément construit quelques piliers dans l'arène expérimentale. Crédit : Giulio Facchini
Perspectives et expériences comparatives
Dans le cas des fourmis, qui – avec les termites – constituent l’autre grand groupe d’insectes capables de construire des structures vastes et complexes, par exemple, on pense que les fourmis imprègnent le matériau de construction d’une phéromone, une substance chimique qui attire d’autres fourmis vers le sol. chantier et « leur dit » où construire. De cette manière, l’action d’une fourmi ouvrière déclenche l’activité d’autres fourmis dans un processus d’auto-amplification.
Si les termites, comme les fourmis, comptaient également sur des phéromones pour guider leur activité de construction, alors elles ne devraient pas montrer une préférence pour le dépôt de leurs pellets de matériaux de construction à un endroit particulier, car il n'y avait pas de phéromones dans les arènes artificielles préparées par le expérimentateurs. Mais tel n’a pas été le cas : alors que les collectes de pellets se produisaient partout dans l’arène, les dépôts étaient tous localisés au sommet des structures déjà existantes. Peut-être pourraient-ils évaluer l'élévation des petits piliers et les hétérogénéités du sol, et ainsi continuer à ajouter des matériaux de construction par-dessus les structures déjà existantes. Mais ce n’était pas le cas non plus : en fait, les termites déposaient leurs pellets de construction avec la même probabilité sur les piliers courts et hauts.
Un petit groupe de termites Coptotermes gestroi ajoute des boulettes d'argile au sommet des piliers artificiels placés par les expérimentateurs. Crédit : Giulio Facchini
Une autre hypothèse était que les termites pourraient être capables de détecter la courbure du substrat du bâtiment, puisque certaines modélisations antérieures avaient montré que l'ajout constant de granulés aux endroits de courbure la plus élevée était suffisant pour produire des structures très complexes qui ressemblent aux nids de termites de certaines espèces. « Dans nos simulations, nous avons observé que les petites hétérogénéités de la surface ont une courbure plus élevée que le substrat plat environnant et qu'elles s'étendent donc pour former un pilier. Les extrémités pointues des piliers, à leur tour, attirent d'autres dépôts de matériaux de construction et continuent de croître. jusqu'à ce qu'ils se divisent ou fusionnent avec un autre pilier, et ainsi de suite ; des structures très complexes peuvent être formées avec cette règle simple », explique Giulio Facchini, premier auteur de l'étude et chercheur à l'Institut Matière et Systèmes Complexes du CNRS à Paris, France.
En effet, lorsque les termites ont été confrontés aux stimuli artificiels fournis dans les expériences, ils ont toujours préféré construire aux endroits de courbure la plus élevée, en ajoutant des pellets au sommet des piliers (indépendamment de leur hauteur), et lorsqu'un petit mur stimulé était prévu, ils ont le plus souvent continué à ajouter des pellets aux deux coins du mur, les deux points où la courbure atteint son maximum.
Comprendre les capacités sensorielles des termites
Le problème est le suivant : comment les termites ont-ils pu détecter avec autant de fiabilité la courbure des structures qu’ils construisaient ? Les chercheurs avaient l’idée que l’évaporation de l’eau et l’humidité pourraient y être pour quelque chose. « Les termites sont très sensibles aux concentrations d'humidité : contrairement à la plupart des autres insectes, ils ont un exosquelette fin et une peau douce, ce qui signifie que même une exposition prolongée à des niveaux d'humidité inférieurs à 70 pour cent peut leur être mortelle », explique Perna. « Il n'est pas surprenant qu'ils puissent ressentir ces gradients d'humidité et y réagir par leur comportement. »
Mais comment le prouver ? « Nous avons trouvé une solution qui a été décrite comme une « solution low-tech très ingénieuse » : par l'un des évaluateurs anonymes de la revue. eLife: nous avons préparé des arènes expérimentales identiques à celles utilisées avec les termites, mais en imprégnant cette fois l'argile avec une solution saline de bicarbonate de sodium. En s'évaporant, l'eau de la solution saline laissait derrière elle de minuscules cristaux de sel, dont la croissance marquait les régions de plus forte évaporation : c'étaient les pointes des piliers, les coins des murs : exactement les mêmes régions que les termites avaient choisies pour leur activité de construction ! explique Facchini.
« Ce qui nous a vraiment surpris, c'est de découvrir que les termites utilisent une solution aussi simple à un problème très complexe », commente Perna. « Dans nos expériences, la complexité des nids émerge d'un mécanisme simple : les termites n'ont besoin que d'ajouter des granulés de matière en fonction de l'humidité locale, mais les granulés qu'ils ajoutent à leur tour modifient tout le schéma d'évaporation et d'humidité, incitant d'autres termites à construire. à un endroit différent, et ainsi de suite, jusqu’à produire des structures très complexes.
