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Un projet New Frontiers montre que la mouche du fruit est capable de transmettre culturellement ses préférences d’appariement

La mouche du fruit est capable de transmettre culturellement ses préférences d’appariement
Un consortium interdisciplinaire mené par des chercheurs de TULIP montre que la minuscule mouche du fruit (ou Drosophila melanogaster) a les capacités cognitives de transmettre culturellement ses préférences sexuelles entre générations d’une manière pouvant conduire à l’émergence de traditions culturelles de préférences d’appariement pouvant potentiellement persister sur plusieurs milliers de générations. Un travail qui fournit la première boite à outils expérimentale pour étudier l’existence de culture animales ouvrant ainsi tout un champ de recherche. Cette étude suggère que le processus culturel a participé à l’évolution sur un spectre d’espèces et sur des durées considérablement plus vastes que classiquement considéré.

Une abondante littérature théorique montre que la transmission culturelle peut considérablement modifier le destin évolutif des populations. Bien que le processus culturel soit souvent considéré comme l’apanage de l’humain, l’existence chez des primates et des oiseaux de variations comportementales persistantes non imputables à une variation génétique ou écologique, suggère fortement l’existence d’une transmission culturelle animale.

Des chercheurs de TULIP ont constitué un consortium de recherche interdisciplinaire pour disséquer les mécanismes conduisant à la transmission culturelle afin de tester l’existence de processus culturels ailleurs que chez les primates et les oiseaux. Leurs résultats ont été publié le 30 novembre 2018 dans la revue Science.

Un bel exemple de l’interdisciplinarité toulousaine

De par sa composition, ce consortium est éminemment interdisciplinaire. Il associe deux écologistes du comportement du laboratoire Évolution & Diversité Biologique (Étienne Danchin et Sabine Nöbel, EDB, CNRS / Univ. Toulouse III Paul Sabatier / IRD), avec un neurobiologiste de la mémoire au Centre de Recherches sur la Cognition Animale (Guillaume Isabel, CRCA, CNRS / Univ. Toulouse III Paul Sabatier) ainsi qu’un collaborateur international (Arnaud Pocheville, Autralie, qui rejoindra bientôt EDB sur un poste CNRS) et plusieurs étudiants en M2 nationaux ou internationaux.

C’est l’obtention en 2012 d’un projet New Frontiers de TULIP (32 K€), qui a permis à ce projet de démarrer. Il a ensuite eu un fort effet levier de 1 à 26 avec l’obtention d’une bourse Européenne Prestige Marie Curie en 2014, deux projets ANR en 2013 et 2018 ainsi qu’un soutien du LabEx IAST fortement concerné par la question de l’origine de l’apprentissage social et du processus culturel, le tout au sein de l’Université Fédérale de Toulouse qui a aussi soutenu sous la forme un Projet Interface de l’IDEX toulousain en 2015.

Apprentissage social et transmission culturelle entre les générations

Dans cette étude, les chercheurs ont proposé et appliqué à la mouche du fruit une définition de la culture animale en se focalisant sur les mécanismes de transmission sociale et non pas sur les patrons de variation comportementale comme ce fut essentiellement le cas par le passé. Cette définition exige que les cinq critères discutés dans la littérature sur la culture animale soient vérifiés. Le premier d’entre eux est que le trait concerné soit appris socialement, c’est-à-dire appris de congénères. Suite à l’observation d’une femelle de drosophile (appelée femelle démonstratrice) choisissant entre un mâle de type A et un mâle de type B pour l’accouplement, les femelles observatrices montraient ensuite une préférence pour les mâles du type choisi précédemment. Il s’agit d’une forme d’apprentissage social observationnel appelée le copiage du partenaire ou « mate copying ».

En partant de ces résultats remarquables pour une toute petite mouche pesant moins d’un milligramme, les chercheurs ont mis en évidence, par une série de cinq expériences, que l’apprentissage social des préférences sexuelles remplit tous les critères permettant d’affirmer que ces préférences peuvent être transmises culturellement entre générations. Ainsi, les préférences sexuelles de drosophiles femelles pour un type de mâle peuvent être apprises socialement (critère 1), depuis des individus plus âgés (critère 2), et mémorisées à long terme (critère 3), en faveur de tout mâle du même type (critère 4) et de manière conformiste (critère 5). Pour ce dernier critère, les chercheurs ont inventé un nouveau dispositif (Photo) en hexagone avec six compartiments périphériques où six femelles démonstratrices choisissaient entre un mâle de type A et un mâle de type B, autour d’une arène centrale où se trouvaient les femelles observatrices. Ceci permettait aux femelles observatrices de voir le choix de plusieurs de leur consœurs.

Les mouches apprennent de manière conformiste

Le résultat très surprenant a été qu’après observation simultanée des choix de six femelles démonstratrices pour de mâles de type A et B, les femelles observatrices manifestaient le même niveau de préférence pour les mâles du type qui avait été choisi majoritairement par les démonstratrices, et ce quel que soit le niveau de majorité en question (cette majorité variant de 100% à seulement 60% dans ces expériences). Ainsi, les mouches apprennent de manière très conformiste (certains auteurs parlent d’hyperconformisme dans ce cas).

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Situation de copie du partenaire dans laquelle deux femelles regardent un mâle vert s'accoupler tandis qu'un mâle rose est rejeté. © David Duneau

Des simulations informatiques ont ensuite montré que ces caractéristiques peuvent conduire à l’émergence de traditions culturelles durables le long de chaînes de transmission dans lesquelles les observatrices (élèves) d’un pas deviennent les démonstratrices (enseignantes) du pas suivant, et ainsi de suite. En particulier, elles montrent que le conformisme joue un rôle clé dans l’émergence de telles traditions culturelles. Enfin, les auteurs ont pratiqué une chaine de transmission expérimentale impliquant six femelles observatrices à chaque pas et ont constaté que leurs résultats différaient fortement de ceux prédit en l’absence d’apprentissage social et étaient parfaitement prédits par leur modèle de chaine de transmission, validant ainsi leur modèle. Ils ont alors pu utiliser leur modèle ainsi validé pour étudier dans quelle mesure les capacités cognitives mises en évidence dans leurs cinq premières expériences peuvent générer des traditions locales persistantes de préférer un type de mâle donné dans une population. Ils ont constaté que dans des conditions que l’on trouve dans la nature l’apprentissage des Drosophiles générait en effet des traditions culturelles de préférence pour tel ou tel type de mâle, traditions qui pouvaient perdurer pendant au moins 100 000 pas de transmission ce qui correspondrait à plusieurs milliers de générations de Drosophiles. Une incroyable durée pour une chaine de transmission.

Ainsi, les Drosophiles ont toutes les capacités cognitives pouvant conduire à l’émergence de traditions culturelles durables dans la préférence d’un type de mâle par rapport à un autre. De ce fait, les insectes, dont le dernier ancêtre commun avec les humains remonte à près de 700 millions d’années, auraient la capacité de transmettre culturellement leurs préférences sexuelles à travers les générations, ce qui élargirait considérablement le spectre taxonomique du processus culturel, suggérant que l'hérédité culturelle pourrait affecter l’évolution d’un très grand nombre d’espèces animales et ce depuis de très longues périodes d’évolution.

Voir aussi

E. Danchin, S. Nöbel, A. Pocheville, A.-C. Dagaeff, L. Demay, M. Alphand, S. Ranty-Roby, L. van Renssen, M. Monier, E. Gazagne, M. Allain & G. Isabel. Cultural flies: conformist social learning in fruit flies predicts long-lasting mate-choice traditions.  Science 362 : 1025-1030. 30 novembre 2018.