par Perez, Rémy 
Président du jury Detrain, Claire
Promoteur Aron, Serge
Publication Non publié, 2022-12-20
Président du jury Detrain, Claire
Promoteur Aron, Serge
Publication Non publié, 2022-12-20
Thèse de doctorat
| Résumé : | Les variations de température sont des facteurs climatiques influençant profondément la survie desespèces et leur distribution. Afin d’éviter les fortes chaleurs, les animaux vivant dans les régionsdésertiques s’abritent pendant les périodes les plus chaudes de la journée. Seules quelques raresespèces de fourmis restent active dans le but de collecter leur nourriture. Ce comportementinhabituel, qualifiant ces espèces de charognard thermique, est unique dans le règne animal. Cesfourmis se nourrissent principalement de cadavres d’autres arthropodes moins tolérant aux chaleursmortelles du désert. De cette manière, ces insectes hautement thermophiles diminuent de manièredrastique les pressions de prédations et de compétitions pour les ressources. Ce trait comportementalest apparu au moins trois fois au cours de l’évolution dans des clades distant phylogénétiquementet géographiquement. Premièrement, le genre Cataglyphis, se distribuant du Sahara jusqu’en Asieen passant par le bassin Méditerranéen. Deuxièmement, le genre Ocymyrmex se retrouve dans lesdéserts d’Afrique australe. Enfin, le genre Melophorus distribué dans l’outback australien.Précédemment, certains mécanismes adaptatifs comportementaux et morphologiques, permettantaux ouvrières de tolérer les conditions extrêmes de leur environnement, ont été étudiés. Toutefois,les aspects physiologiques et moléculaires de la résistance à la chaleur restent insuffisammentexplorés. Nous avons donc investigué ces aspects afin de mettre en lumière les mécanismes clés àla base de l’impressionnante résistance à la chaleur de ces fourmis désertiques.Nous avons premièrement montré qu’il n’existe pas une association claire entre la températurelétale critique et la niche thermique chez les Cataglyphis. En outre, nous résultats suggèrent que laréponse moléculaire au stress thermique est conservée au sein du genre Cataglyphis et que ladiversité fonctionnelle participerait à résister à des températures proches de leur seuil léthal pendantun long moment. Deuxièmement, nous avons montré que la réponse de choc thermique des espècesstrictement désertiques du genre Cataglyphis, Ocymyrmex et Melophorus est beaucoup moinsimportante que celle des espèces tempérées. Ces observations suggèrent un mécanisme constitutif àla base de la stratégie de résistance moléculaire à la chaleur pour les espèces désertiques.Troisièmement, nous avons mis en évidence le caractère adaptatif du polymorphisme des ouvrièreschez les Cataglyphis. Les ouvrières de grande taille sont en effet plus robustes et plus tolérantes auxconditions de chaleur et d’aridité du désert. En outre, nous avons montré que des espèces nebénéficiant pas de ce critère morphologique compensent en adoptant différentes stratégiescomportementales, physiologiques et moléculaires. Enfin, nous avons exploré l’importance du rôledu tréhalose dans la protection à un stress thermique chez la fourmi du Namib Ocymyrmex robustior.Nous avons montré qu’une diète enrichie en tréhalose augmentait la capacité de survie en diminuantle taux d’agrégats protéiques issus du stress à la chaleur.Pour résumer, ce travail souligne nos connaissances sur la protection cellulaire au stressthermique chez des organismes non-modèles. Il approfondi les aspects physiologiques etmoléculaires important participant à la résistance en milieu extrême des fourmis désertiquesthermophiles. |
| Temperature is the most challenging climatic factor affecting species fitness and distribution. Toavoid an extreme heat event, animals living in the desert hide during the hottest midday period. Onlyrare ant species are active to collect their food. This unusual behavior called thermal scavenging isunique among animals. Ants of this nature mostly feed on the corpses of less heat tolerant arthropodsunable to tolerate deadly temperatures of the desert. Thermal scavenging allows these highlythermophilic ants to reduce drastically predatory pressure and competition for resources. Thisbehavior has appeared at least three times in phylogenetically and geographically distant genus.Firstly, the Cataglyphis genus, ranging from the Saharan desert to Asia through the Mediterraneanbasin. Secondly, the Ocymyrmex genus is found in the Namib and Karoo deserts of Southern Africa.Finally, the Melophorus genus is distributed in the Autralian outback.Before the start of this PhD project, behavioral and morphological mechanisms, enabling workerants to tolerate such harsh conditions, has been broadly studied. However, molecular andphysiological aspects of heat resistance remain insufficiently studied. We investigated physiologicaland molecular adaptations to highlight key mechanisms supporting the stunning heat resistance ofthese ants.Firstly, we showed that there is no clear association between the critical thermal maximum andthe thermal habitat among Cataglyphis. In addition, our results suggest that molecular responses toheat stress have been evolutionarily conserved in the ant genus Cataglyphis and that their functionaldiversity may help worker ants withstand temperatures close to their physiological limits during along period of time. Secondly, we showed that the molecular heat-shock response of strict desertant species from Cataglyphis, Ocyrmyrmex and Melophorus genus is actually much less diversethan temperate species. This suggests a constitutive molecular strategy to withstand bodytemperature close to the lethal threshold shared by desert ants. Thirdly, we showed how workerpolymorphism in Cataglyphis viatica can be adaptative in hot and arid conditions, through thepresence of large worker ants which are more drought tolerant. Furthermore, we showed that smallmonomorphic species can inhabit the same thermal niche by adopting different behavioral,physiological and molecular strategies. C. cubica worker ants adopt a bimodal activity, avoidingzenith, they have a higher relative water content, and downregulate genes involved in oxygen toxicresidue production during a heat stress event. Finally, we showed that the Namib desert antOcymyrmex robustior tends to regulate the metabolic trehalose level during a heat stress event. Inaddition, an increased level of metabolic trehalose enhances the thermal tolerance of worker antsand decreases the level of protein aggregates.Overall, this work investigates the physiological and molecular aspects of the heat shockresponse and thermal tolerance of desert scavenging ants to survive extreme heat conditions. Itprovides a deeper understanding of cellular heat-tolerance pathways in non-model animals andcontributes to our knowledge of life’s adaptation to extreme conditions. |
