Les reines des espèces d'abeilles sans dard (Meliponini) sont confrontées à un dilemme de reproduction. S'ils s'accouplent avec des mâles avec lesquels ils partagent le même gène de détermination du sexe, la moitié de leur progéniture sera composée de mâles, et les effectifs de la colonie diminueront de moitié, étant donné qu'effectivement seules les femmes sont ouvrières.

En outre, les mâles possédant à la fois du matériel génétique paternel et maternel (diploïde) à la suite de ce choix malheureux de la reine ne consomment que les ressources collectées par les ouvrières et sont généralement stériles, contribuant à diminuer les chances de reproduction de la colonie. Un projet de recherche soutenu par la Fondation de recherche de São Paulo (FAPESP) impliquant une équipe de scientifiques des universités du Brésil, La Belgique, et le Royaume-Uni montre que l'émergence de mâles diploïdes issus de ce type d'accouplement entraîne également la mort de la reine dans les colonies de l'espèce d'abeille sans dard Scaptotrigona depilis.

Selon Ayrton Vollet-Neto, premier auteur de l'étude, les résultats suggèrent que ce comportement peut être commun à toutes les espèces d'abeilles sans dard car il se produit dans des genres phylogénétiquement distants.

Une explication possible de la mort d'une reine qui ne respecte pas le rôle de maintien d'un taux proportionnel d'abeilles ouvrières dans la colonie est qu'une reine fille de remplacement pourra s'accoupler et assurer la survie de la colonie. Autrement, l'issue la plus probable serait la mort de la colonie. « Si la reine est tuée rapidement, elle peut être remplacée par une fille qui aura une chance de s'accoupler avec un mâle qui n'a pas l'allèle du même sexe, " dit Vollet-Neto.

Les résultats de l'étude ont été publiés dans le Journal d'écologie chimique .

Un accident génétique endommage le contrôle du prolétariat masculin

Vollet-Neto explique que les abeilles sans dard femelles sont capables de choisir le sexe de leur progéniture, un trait qu'ils partagent avec tous les insectes de l'ordre des hyménoptères, qui comprennent les fourmis et les guêpes ainsi que les abeilles.

Les reines des abeilles sans dard ne s'accouplent qu'une seule fois dans leur vie. Cela arrive quand ils sont très jeunes. Ils stockent le sperme dans la spermathèque, un organe situé dans l'abdomen. En fécondant les ovules avec les spermatozoïdes de la spermathèque, ils génèrent des femelles diploïdes, qui ont deux copies de chaque gène (une de chaque parent) dans leurs cellules.

Quand les reines veulent produire des mâles, ils ferment un canal dans la spermathèque pour empêcher la fécondation des ovules. Les mâles haploïdes (avec seulement des gènes maternels) éclosent à partir d'œufs non fécondés. "Les insectes de l'ordre des hyménoptères diffèrent des autres insectes et des humains en ce qui concerne la détermination du sexe parce que les mâles n'ont pas de père et éclosent à partir d'œufs non fécondés, " dit Vollet-Neto.

Cependant, le mécanisme de détermination du sexe chez les abeilles sans dard peut échouer. Par un hasard malheureux, la reine peut s'accoupler avec un mâle dont la constitution génétique conduit à la production de mâles diploïdes au lieu de femelles, il expliqua.

La raison en est que la détermination du sexe chez les hyménoptères est généralement contrôlée par un gène de détermination complémentaire du sexe (CSD), qui peut ou non avoir deux allèles (copies). De plus, s'il y a deux allèles, ils peuvent être identiques ou différents. S'il n'y a qu'un seul allèle, le résultat est un mâle. S'il y a deux allèles différents chez un mâle diploïde, le résultat est une femelle. S'il y a deux allèles identiques, le résultat est un autre mâle diploïde au lieu d'une femelle.

"Quand il y a deux copies identiques du gène CSD, la physiologie de l'insecte l'interprète comme n'en ayant qu'un. Il en résulte un mâle diploïde, " expliqua Vollet-Neto.

La « puanteur masculine » déclenche une émeute dans la colonie

Pour remédier au problème créé lorsque la reine choisit un partenaire avec l'allèle du même sexe, les ouvrières de l'abeille Apis mellifera, par exemple, sont capables de détecter et de tuer les larves mâles diploïdes au début de leur développement. Cela évite un gaspillage de ressources et de temps qui serait investi dans leur élevage sans retour pour la colonie.

Dans le cas des abeilles sans dard, il y a peu de preuves d'un tel comportement. Les ouvrières n'ont pas accès aux alvéoles pour éliminer les mâles diploïdes immatures car les alvéoles sont scellées après la ponte et contiennent toutes les ressources nécessaires au développement des larves.

Pour tester l'hypothèse que les abeilles sans dard ont aussi des moyens de remédier aux conséquences de la production de mâles diploïdes, les chercheurs ont réalisé une expérience dans laquelle ils ont retiré les reines des colonies de S. depilis où les mâles diploïdes étaient sur le point d'éclore et les ont remplacées par des reines « saines », qui n'a pas produit de progéniture avec ce trait.

L'expérience a montré que toutes les reines "saines" introduites dans les colonies où les mâles diploïdes étaient sur le point d'émerger mouraient en 10 à 20 jours, alors que les reines introduites dans 20 colonies témoins sans émergence de mâles diploïdes ne sont pas mortes.

"Ces reines "saines" n'étaient pas responsables de la production des mâles diploïdes qui ont émergé dans les colonies, donc la conclusion que nous avons tirée était que leur mort était déterminée par l'émergence de mâles diploïdes, " dit Vollet-Neto.

Sur la base de ce constat, les chercheurs ont ensuite testé l'hypothèse selon laquelle les profils d'hydrocarbures cuticulaires des mâles diploïdes servaient en quelque sorte de signal chimique pour l'exécution de la reine.

La cuticule est une couche extracellulaire qui recouvre complètement la surface externe des insectes sociaux. Les hydrocarbures cuticulaires agissent comme une signature chimique pour chaque individu de la colonie.

Pour tester leur hypothèse, les chercheurs ont comparé les profils chimiques des mâles diploïdes et haploïdes à zéro, 5 et 10 jours. L'analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse a montré que le profil d'hydrocarbure cuticulaire des mâles diploïdes différait significativement de celui des mâles haploïdes à mesure qu'ils vieillissaient et que cela se produisait environ 10 jours après l'émergence, précisément lorsque les reines commençaient à mourir.

"Cela suggère que les différences de profil chimique des mâles peuvent agir comme des signaux pour déclencher la mort de la reine, ", a déclaré Vollet-Neto. "Mais plus de recherches sont nécessaires pour confirmer ou réfuter cette hypothèse."