Des chercheurs et collègues du Centre d'innovation du microbiome (CMI) de l'UC San Diego sur la côte est ont pour la première fois quantifié le nombre de bactéries dans les intestins d'un large éventail d'espèces de fourmis dans la forêt amazonienne. Ils ont découvert que les fourmis principalement herbivores qui vivent dans la canopée ont des ordres de grandeur plus de bactéries que celles qui vivent au sol. Le travail a des implications sur la façon dont les études sur le microbiome sont menées. Les auteurs ont publié l'étude le 27 juillet dans Biologie intégrative et comparative .

Lorsque les entomologistes tropicaux ont commencé des relevés systématiques de la biomasse d'arthropodes dans la canopée des forêts tropicales, ils ont été surpris de constater que les fourmis en constituaient la majorité. Le problème était centré sur une apparente inversion de la pyramide classique de la biomasse des écosystèmes terrestres :les fourmis étaient présumées être des prédateurs, pourtant ils l'emportaient sur leurs proies potentielles.

Ce « paradoxe » de la biomasse a été en partie résolu en 2003 lorsque les scientifiques ont trouvé des preuves que la plupart des fourmis qui vivent dans la canopée de la forêt tropicale sont des herbivores qui se nourrissent de liquide d'origine végétale comme la sève et le nectar - mais cela a présenté un autre dilemme :l'azote, un nutriment biologique nécessaire, est limité dans ces ressources. Comment ces fourmis herbivores de la canopée acquièrent-elles suffisamment d'azote pour faire croître leurs colonies ?

« Il est connu que les insectes dont l'alimentation est déséquilibrée en nutriments dépendent souvent des symbioses bactériennes pour compléter leurs besoins nutritionnels, " a déclaré Jon Sanders, l'auteur principal de l'article et postdoctoral dans le laboratoire du directeur de la faculté du CMI, Rob Knight, qui est à la faculté de médecine de l'UC San Diego. En réalité, les bactéries Blochmannia de la fourmi charpentière ont été parmi les premières bactéries découvertes pour avoir une relation symbiotique avec leur hôte, et semblent jouer un rôle dans la valorisation ou le recyclage de l'azote, dit Sanders.

"100 ans après cette découverte, il a été découvert que des bactéries extracellulaires spécialisées habitent les intestins morphologiquement élaborés du genre arboricole du nouveau monde Cephalotes - nom commun « fourmis tortue », également récemment rendus célèbres pour leurs capacités de glisse, " dit Sanders, qui a publié un article sur l'évolution de ces bactéries en 2014. "Nous savons qu'elles sont là - ce concept n'est pas nouveau."

Mais ce qui est nouveau, c'est la façon dont cette étude a été menée - en utilisant des méthodes quantitatives, plutôt que qualitative, méthodes pour comprendre combien il y en a, et l'importance biologique de leur présence.

Les techniques de séquençage actuelles commencent presque toujours par une étape d'amplification dans laquelle l'ADN matrice d'origine est copié plusieurs fois. Les bibliothèques résultantes ne conservent pratiquement aucune information sur le nombre de bactéries présentes au départ.

"L'étape d'amplification peut être sujette à contamination, en particulier pour les échantillons comme les fourmis qui ont de très faibles concentrations d'ADN de départ, " a déclaré Sanders. " Même en l'absence de contamination, les implications biologiques des communautés bactériennes à très faible densité sont susceptibles d'être sensiblement différentes de celles des symbiotes très abondants. Sans informations supplémentaires sur l'abondance absolue, il peut être difficile de tirer des conclusions biologiques significatives de la diversité."

Sanders et son équipe ont utilisé deux méthodes indépendantes :la PCR quantitative (qPCR) et la microscopie à fluorescence, ce qui impliquait de transporter un microscope de 60 lb à travers l'Amazonie - pour évaluer l'abondance absolue des cellules bactériennes.

Ce qu'ils ont trouvé était surprenant :les fourmis herbivores qui vivent dans la canopée ont trois à quatre ordres de grandeur plus de bactéries dans leur intestin que les fourmis qui vivent au sol.

A taille humaine, c'est à peu près la taille d'une bouteille de soda de deux litres. Relativement, les fourmis terrestres contiennent suffisamment de bactéries pour égaler la taille d'un grain de café torréfié.

"Cela indique qu'ils jouent un rôle important, " a déclaré Sanders. " Probablement lié au maintien d'importants flux de nutriments. "

Étrangement, cependant, les chercheurs n'ont pas vu les mêmes bactéries présentes dans tous les genres herbivores - alors pourquoi les fourmis de la canopée ont-elles besoin de tant de bactéries dans leurs intestins ? et pourquoi cela ne semble-t-il pas important lesquels? Et comment ces relations sont-elles nées ? La science le dira, dit Sanders.

"Nous pensons généralement à un microbiome comme quelque chose qu'un animal possède, " a déclaré Sanders. "Mais je pense que nous apprenons que ce que cela signifie d'avoir un microbiome est catégoriquement différent chez les animaux, et que les données d'abondance absolue sont nécessaires pour comprendre sa signification biologique. »