Les insectes sociaux représentent le paradigme de la vie coopérative dans le règne animal. Ceci repose sur l’existence d’une division des activités reproductrices entre des individus reproducteurs (les reines et les mâles) et une majorité d’ouvrières sacrifiant leurs propres potentialités reproductives pour assurer l’essentiel des tâches logistiques nécessaires à l’essor des sociétés. Chez les Hyménoptères sociaux, l’analyse comparative des stratégies de reproduction révèle que la structure monogyne (une reine par société) et monandre (un seul accouplement par reine) est l’état ancestral des sociétés. Cette structure favorise une corrélation génétique élevée entre les ouvrières et le couvain qu’elles élèvent et, par conséquent, leur succès reproductif global (inclusive fitness). Cependant, un nombre croissant d’études génétiques montre que la structure des sociétés peut fortement s’éloigner de ce pattern. Ceci est particulièrement manifeste chez les fourmis, lesquelles présentent un très large polymorphisme social se traduisant par une grande variabilité du nombre de femelles reproductrices au sein des sociétés. Les formicidés sont également remarquables par la diversité de leurs modes de reproduction. Cette diversité concerne la fréquence des accouplements (monandrie/polyandrie) ou encore l’exploitation conditionnelle des modes de reproductions sexuée et asexuée. Chez quelques espèces, les futures reines sont en effet produites par parthénogenèse (elles sont des quasi-clones de leur mère), alors que les ouvrières sont issues d'une reproduction sexuée classique. Cette stratégie exceptionnelle permet aux reines d'accroître le taux de transmission de copies de leurs gènes dans la descendance, tout en conservant les bénéfices d'une diversité génétique dans la force ouvrière. Cette grande diversité de structures sociales et de modes de reproduction suggère l’action de nombreuses pressions sélectives. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse de doctorat visent à déterminer les facteurs responsables du large polymorphisme social et des nombreux modes de reproduction observés chez les fourmis désertiques du genre Cataglyphis. Ils sont articulés autour de deux axes principaux. <p>Les analyses phylogénétiques montrent que la polyandrie est ancestrale au sein du genre Cataglyphis. Le premier axe de ce travail a pour but d’étudier les causes évolutives justifiant le maintien d’un tel système de reproduction au sein de ce genre. Ce travail porte sur les avantages d’une diversité génétique accrue parmi les ouvrières. Une telle diversité génétique permettrait notamment d'accroître le polymorphisme de taille des ouvrières et l'efficacité de la division du travail [Chapitre 1], ou la résistance aux pathogènes de la force ouvrière [Chapitre 2]. [1] Ce premier travail a été réalisé sur Cataglyphis cursor, une espèce strictement monogyne et polyandre. Les résultats de cette étude révèlent une très grande fidélité des ouvrières à la tâche. Ils montrent l’existence d’une association significative entre la tâche réalisée par une ouvrière et sa lignée paternelle, ainsi qu’entre la taille des ouvrières et la tâche effectuée. [2] Le second travail de cette thèse a été réalisé chez C. mauritanica. Nos résultats montrent que la résistance aux pathogènes diffère entre ouvrières issues de différentes lignées paternelles lorsque ces dernières sont isolées. Curieusement, cette différence s’estompe lorsque les lignées paternelles sont regroupées au sein des sociétés polyandres. Dès lors, la polyandrie permettrait d’homogénéiser l’immunité des sociétés. Nos données montrent cependant que la résistance des ouvrières à Metarhizium anisopliae n’est pas corrélée à la diversité génétique de la colonie ou au nombre d’accouplements des reines.<p>Le second axe de ce travail porte sur les stratégies de reproduction remarquables observées chez les espèces de Cataglyphis appartenant au groupe altisquamis :C. velox, C. mauritanica, C. humeya et C. hispanica. Ces espèces partagent une stratégie unique dans le règne animal, appelée hybridogénèse sociale. L’hybridogénèse classique est un système reproductif dans lequel les parents issus de lignées génétiques distinctes s’hybrident. Alors que les génomes maternels et paternels sont exprimés dans la lignée somatique des descendants, le génome paternel est systématiquement écarté de la lignée germinale. En conséquence, seul le génome maternel est transmis aux générations futures. Dans le schéma d’hybridogénèse sociale reporté dans ces travaux, les reines s’accouplent systématiquement avec un mâle originaire d’une lignée génétique distincte. Elles utilisent la reproduction sexuée pour la production d’une caste ouvrière stérile intégralement hybride (analogue à la lignée somatique) et la reproduction asexuée par parthénogénèse pour la production des castes reproductrices mâles et femelles (analogues à la lignée germinale). Dans ce système, bien que les génomes paternels et maternels soient exprimés dans la caste ouvrière, seul le génome maternel est transmis aux descendants reproducteurs [Chapitre 3]. Le groupe altisquamis est représenté par plusieurs espèces au sein desquelles deux lignées génétiques s’hybrident systématiquement pour la production de la caste ouvrière. Le dernier chapitre de cette thèse [4] est une analyse phylogéographique des espèces de ce groupe dans la péninsule ibérique. Les résultats confirment l’existence d’une seule paire de lignées génétiques au sein de chaque espèce. Ces résultats révèlent également une contradiction entre les marqueurs nucléaires et mitochondriaux traduisant la complexité du système reproductif. Ces travaux soulignent l’ambiguïté des relations phylogéniques entre espèces d’un tel système et discutent de son implication dans la spéciation des espèces hybridogénétiques. <p><p><p>Social insects represent the most extreme form of cooperative life in the animal kingdom. This is based on the existence of a division of reproductive activities between the reproductive individuals (queens and males) and a majority of workers performing all logistical tasks at the expense of their own reproduction. In social Hymenoptera, comparative analysis of reproductive strategies reveals that colonies headed by a single mated queen (monogyny/monoandry) is the ancestral structure of colonies. This structure provides a high genetic correlation between the workers and the brood they raise and, therefore, their overall reproductive success (inclusive fitness). However, an increasing number of genetic studies reveal that the reproductive structure of colonies can strongly differ from this pattern. This is particularly obvious in ants, which have a very large social polymorphism resulting in a large variability in the number of reproductive females within colonies. The Formicidae are also remarkable for the diversity of their modes of reproduction. This diversity relates to mating frequency (monoandry/polyandry) or conditional use of sexual and asexual reproduction. In some species, new queens are produced by parthenogenesis (they are almost clones of their mothers), while the workers arise from a classical sexual reproduction. By using alternative modes of reproduction for queen and worker castes, queens can increase the transmission rate of their genes to their reproductive female offspring while maintaining genetic diversity in the worker population. This high diversity of social structures and modes of reproduction suggests the occurrence of many selective forces. This thesis aimed at determining environmental and genetic factors responsible for the large social polymorphism and the high diversity of reproductive modes display by Cataglyphis desert ants. This thesis is divided into two main parts. <p>Phylogenetic analyses show that polyandry is ancestral across the genus Cataglyphis. The first part of this thesis examines the genetic hypothesis to account for the evolution and maintenance of multiple mating by queen in this genus. This work focuses on the benefits of increased genetic diversity among workers. Such genetic diversity may increase the size polymorphism of the worker force and improve efficiency of the division of labor [Chapter 1] or increase pathogen resistance of the colony [Chapter 2]. In Chapter 1, the genetic hypothesis to enhance efficiency of division of labor was tested on Cataglyphis cursor, a strictly monogynous and polyandrous species. The results reveal a great fidelity in task performance by workers. They reveal a significant association between patriline and task preference: workers belonging to different patrilines differ in their propensity to perform a given task. We also found that worker size is closely associated with task specialization. The second work of this thesis [Chapter 2] was performed in C. mauritanica. Our results show that resistance to pathogens differs between workers from different patrilines when patrilines are raised separately. Surprisingly, this difference disappears when the patrilines are grouped within polyandrous colonies. Therefore, polyandry would standardize the overall resistance of colonies. Consistent with this result, our data show a positive association between the number of matings by the queens and colony resistance to Metarhizium anisopliae. <p>The second part of this thesis expounds the unorthodox reproductive strategies observed in species belonging to the group Cataglyphis altisquamis: C. velox, C. mauritanica, C. hispanica and C. humeya. These species share a unique strategy in the animal kingdom, called social hybridogenesis. Hybridogenesis is a sexual reproductive system, whereby parents from different genetic origin hybridize. Both the maternal and paternal genomes are expressed in somatic tissues, but the paternal genome is systematically excluded from the germ line, which is therefore purely maternal. Consequently, only the maternal genome spread across generations. Here, we report a unique case of hybridogenesis at a social level. Queens mate exclusively with males originating from a different genetic lineage than their own to produce hybrid workers, while they use parthenogenesis to produce the male and female reproductive castes. In consequences, all sterile workers (somatic line) are sexually produced hybridogens, whereas sexual forms (germ line) are clonally produced. Thus, only maternal genes are perpetuated across generations [Chapter 3]. The group C. altisquamis is represented by several hybridogenetic species in which two highly divergent genetic lineages co-occur, despite their constant hybridization. The last chapter of this thesis [Chapter 4] is a phylogeographic analysis of C. altisquamis species in the Iberian Peninsula. Our results confirm the existence of a single pair of genetic lineages within each species. Our results also reveal strong incongruences between nuclear and mitochondrial markers that reflect the reproductive system complexities. These studies reveal phylogenetic ambiguities among these hybridogenetic species and discuss the involvement of such unconventional system in speciation process.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Two ant species, Pheidole megacephala (Fabricius) and Anoplolepis custodiens (Smith) reach pest status in citrus orchards through precipitating outbreaks of homopterous pests. However, predacious ants, including these two ant species, play an important role in pest suppression in agroecosystems and are therefore beneficial to these systems. If A. custodiens and P. megacephala are important natural control agents in citrus, using ant bands to break the mutualism between the ants and the Homoptera as a method of ant control is preferable to poisoning. Ant communities were sampled by pitfall trapping in three experimental subunits of 2-, 4-, 15- and 30-year-old citrus orchards, in the Grahamstown area of the Eastern Cape. In one subunit in each orchard, populations of P. megacephala and A. custodiens were suppressed by poison applications. In a second subunit, trees were banded with trunk barriers so that ants were prevented from foraging in the trees and a third subunit served as the untreated control. Bait pupae of bollworm, false codling moth and fruit fly were planted in bait trays in all of the subunits to investigate predation on these citrus pests in the relative absence of predacious ants and where they were excluded from the trees. Pheidole megacephala dominated exclusively in all of the plots. Community composition did not change dramatically with increasing age of the trees, but species diversity and species abundance did. Rank-abundance curves showed that community diversity was highest in the 2-year-old plots and lowest in the 30-year-old plots. The Simpson and Shannon-Wiener diversity indices and their evenness measures indicated that diversity and equitability were highest in the poisoned subunits and lowest in the banded subunits. Principle component analysis revealed that the poisoned subunits were similar and distinct in species composition, that there was significant monthly variation in species composition and that community stability increases with an increase in orchard age. The presence of P. megacephala was significantly negatively correlated (rs = -0.293; p < 0.001) with pest pupal survival. Pupal survival was significantly higher for bollworm (p < 0.001), FCM (p < 0.001) and fruit fly (p < 0.001) in the poisoned subunits, than in the banded and control subunits. There was a general trend for survivorship to increase with an increase in the age of the trees. A significant difference (p < 0.001) was found between the months in which the trials were carried out. Pupal survival was significantly lower (p < 0.001) for FCM than for bollworm and fruit fly. In citrus orchards, ant communities are organised by ecological processes and interactions and are influenced by methods of ant control. Ant bands are preferable to poisoning as a method of ant control, so that beneficial species are left on the ground to prey on pests that pupate in the soil. Maintaining high ant species diversity in citrus orchards would be beneficial as predation on the pupae was more effective where ant species diversity was higher.

Carnivorous plants perform as both producers and consumers. Botanical carnivory has evolved in sunny, moist, nutrient-poor environments, and the primary nutrient supplied by prey is proposed to be nitrogen. There is a trade-off between carnivorous and photosynthetic structures which corresponds to degree of carnivory expression and available nutrients. This study was conducted on the hooded pitcher plant, Sarracenia minor, which is a facultative wetland plant and Florida-threatened species. Sarracenia minor is considered a specialist myrmecophage and ants characterize the majority of attracted and captured prey. Ants not only provide nutritional benefit, but also protection against herbivory. A natural population of S. minor in northeast Florida was selected to test response to prey and fertilizer nitrogen in a press-experimental design. Introduced fire ants (Solenopsis invicta) and ammonium nitrate (NH4NO3) were used as prey and fertilizer nitrogen sources, respectively. Treatments included: 1) ant addition; 2) fertilizer addition; 3) ant addition/fertilizer addition; 4) no ants/no fertilizer; 5) control. Treatments were administered biweekly and morphological characteristics and herbivory were measured monthly from April-November 2012. Results indicated no significant treatment effects on plant performance and morphological characteristics, except for a significantly greater number of flowers displayed by the nutrient-deprived group (p < .005). Herbivory by Exyra semicrocea also showed a marginally significant negative effect on the tallest pitchers per ramet. Since nitrogen is primarily stored by pitchers and allocated to new growth in the following growing season, the predictive power of this study may be limited. However, increased flowering rate in the nutrient-deprived group suggests that plants were induced to flower from nutrient stress. Also, a burn at the beginning of the study likely influenced nutrient availability and plant response to experimental treatments. In conclusion, stress may have occurred from both fire and nutrients, and S. minor showed resistance and poor response to nitrogen addition.

[EN] Ants constitute an important component of the citrus agroecosystem fauna acting simultaneously as predators and as hemipteran mutualists. Thus, ants in citrus are in the center of a complex food web affecting the composition and the population dynamics of a wide arthropod community including honeydew and non-honeydew producing herbivores as well as their natural enemies. In eastern Spain the most abundant and widespread ant species are the natives Lasius grandis Forel and Pheidole pallidula (Nylander), whereas the invasive Linepithema humile (Mayr) is also present but not widespread. We have conducted ant-exclusion experiments in three commercial citrus orchards, each one dominated by one ant species (Pheidole pallidula, Lasius grandis or Linepithema humile) with the aim to disentangle the ecological interactions with honeydew and non-honeydew producing pests and with natural enemies at the community-level. We quantified the effect of the ant-exclusion on the infestation levels and parasitism of three of the most important citrus pests in the area, the honeydew producer Aleurothrixus floccosus (Maskell) and the non-honeydew producers Aonidiella aurantii (Maskell) and Phyllocnistis citrella (Stainton). California red scale densities on fruits were significantly lower in the two seasons and in the three orchards in the ant-excluded treatment. Similarly, the percentage of shoots occupied by A. floccosus was significantly lower in the ant-excluded plots in the orchards dominated by P. pallidula and L. humile. Interestingly, no significant differences were found in the percent parasitism between ant-allowed and ant-excluded treatments. These results suggest that factors other than parasitoid disruption might explain the increased pest populations observed in the presence of ants. Thus, in the same orchards we compared the abundance, species richness, diversity and community structure of predators and parasitoids between the ant-allowed and ant excluded treatments. A total of 176,000 arthropods belonging to 81 taxa were captured and identified. Regarding abundance, the response of natural enemies to ant-exclusion was species specific. When examining functional groups, parasitoids showed higher abundances in the ant-allowed treatment whereas most generalist predators were less abundant. Similarly, the species richness and the Shannon diversity index of parasitoids were higher in the ant-allowed treatment, whereas the species richness of predators was significantly lower. The community structure of predators and parasitoids was not significantly different between treatments. Thus, ants were not associated with a dramatic and/or general decrease in natural enemy abundance or biodiversity. On the other hand, the negative impact of ants on generalist predators may have important implications for the regulation of pest populations. Finally we tested a novel hypothesis examining the potential competition between ants and natural enemies for honeydew produced by Hemiptera. Through the use of high performance liquid chromatography (HPLC) we related the level of ant activity with the energy reserves and feeding history of individual specimens collected in the field. A significant negative correlation between ant activity and the total sugar content and honeydew feeding incidence by A. chrysomphali was found in summer, when ant activity peaked. Ant activity was negatively correlated with the sugar feeding incidence by C. carnea in spring. This is a previously undocumented indirect interaction in food webs in which ants interfere with the physiological state of the natural enemies. Given that the absence of sugar feeding is detrimental for the fitness of many species of predators and parasitoids, this interaction may have important consequences for the arthropod community composition and practical implications for biological control. / [ES] Las hormigas constituyen un elemento importante del agroecosistema de los cítricos, en el que actúan simultáneamente como insectos depredadores y como mutualistas de hemípteros. Como consecuencia, las hormigas pueden afectar a la composición y a la dinámica poblacional de un amplio grupo de artrópodos, en los que se incluye herbívoros productores y no productores de melaza, así como a sus enemigos naturales. Se han llevado a cabo estudios de exclusión de hormigas en tres parcelas comerciales de cítricos en las que, en cada una de ellas, predominaba una especie de hormiga (Lasius grandis Forel, Pheidole pallidula (Nylander) y Linepithema humile (Mayr)). El principal objetivo ha sido el de esclarecer las interacciones ecológicas existentes entre las hormigas y los artrópodos productores y no productores de melaza, así como con los enemigos naturales a nivel de comunidad. Se ha cuantificado el efecto de la exclusión de hormigas sobre los niveles de infestación y el parasitismo de tres de las plagas más importantes de los cítricos de la zona, la plaga productora de melaza Aleurothrixus floccosus (Maskell) y las plagas que no producen melaza Aonidiella aurantii (Maskell) y Phyllocnistis citrella (Stainton). Las densidades poblacionales de A. aurantii en frutos i de A. floccosus fueron significativamente menores en el tratamiento de exclusión de hormigas. Curiosamente, no se encontraron diferencias en el porcentaje de parasitismo entre los dos tratamientos. Estos resultados sugieren que otros factores, más allá de la interferencia con los parasitoides, podrían explicar los incrementos poblacionales de plagas observados en presencia de hormigas. Por ello, se comparó la abundancia, riqueza de especies, diversidad y estructura de la comunidad de depredadores y parasitoides entre los tratamientos de exclusión y presencia de hormigas. Se capturaron e identificaron un total de 176,000 artrópodos pertenecientes a 81 taxones distintos. En cuanto a la abundancia, la respuesta de los enemigos naturales a la exclusión de hormigas fue específica para cada especie. Los parasitoides mostraron mayores abundancias en presencia de hormigas, mientras que la mayoría de los depredadores generalistas fueron menos abundantes. De igual modo, la riqueza de especies y el Índice de diversidad de Shannon de los parasitoides fueron mayores en presencia de hormigas, mientras que la riqueza de especies de los depredadores fue menor. La estructura de la comunidad de depredadores y parasitoides no difirió entre tratamientos. El impacto negativo de las hormigas sobre los depredadores generalistas puede tener importantes implicaciones sobre la regulación de las poblaciones de plagas. Finalmente, se estudió una novedosa hipótesis en la que se planteó la existencia de competencia por la melaza que producen los hemípteros, entre las hormigas y los enemigos naturales. Mediante el uso de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) se relacionó la actividad de las hormigas con las reservas energéticas y las fuentes alimenticias utilizadas por especímenes de enemigos naturales colectados en el campo. Se encontró una correlación significativamente negativa entre la actividad de las hormigas y el contenido total de azúcares y la alimentación a base de melaza del parasitoide Aphytis chrysomphali (Mercet) en verano. La actividad de las hormigas se correlacionó negativamente con la alimentación a base de azúcares del depredador Chrysoperla carnea s.l en primavera. Esta interacción indirecta en la que las hormigas interfieren con el estado fisiológico de los enemigos naturales no ha sido documentada previamente. Dado que la ausencia de azúcares en la alimentación de muchas especies de depredadores y parasitoides es perjudicial para su estado físico, esta interacción puede tener importantes consecuencias para la composición de la comunidad de artrópodos e implicaciones prácticas sobre el control biológico de plagas. / [CAT] Les formigues són un element important de l'agroecosistema dels cítrics, en el que poden actuar simultàniament com a insectes depredadors i com a mutualistes d'hemípters. Com a conseqüència, poden afectar a la composició i la dinàmica poblacional d'un ampli grup d'artròpodes, incloent herbívors productors i no productors de melassa així com els seus enemics naturals. Les espècies de formigues més abundants i esteses als cítrics de l'est de la Península Ibèrica són les espècies natives Lasius grandis Forel i Pheidole pallidula (Nylander) mentre que l'espècie invasora Linepithema humile (Mayr) es troba també present però no de forma estesa. S'han dut a terme estudis d'exclusió de formigues en tres parcel·les comercials de cítrics en les que, en cada una d'elles, predominava una de les tres espècies de formigues. El principal objectiu ha estat el d'esclarir les interaccions ecològiques existents entre les formigues i els artròpodes productors i no productors de melassa així com els enemics naturals a nivell de comunitat. S'ha quantificat l'efecte de l'exclusió de formigues sobre els nivells d'infestació i el parasitisme de tres de les plagues més importants dels cítrics de la zona, la plaga productora de melassa Aleurothrixus floccosus (Maskell) i les plagues no productores de melassa Aonidiella aurantii (Maskell) i Phyllocnistis citrella (Stainton). Les densitats poblacionals d' A. aurantii en fruits i d'A. floccosus foren significativament menors en el tractament d'exclusió de formigues. Curiosament, no es trobaren diferències en el percentatge de parasitisme entre els dos tractaments per a ninguna de les plagues estudiades. Aquests resultats suggereixen que altres factors, més enllà de la interferència amb els parasitoides, podrien explicar els increments poblacionals de plagues observats en presència de formigues. Davant aquests resultats, es va comparar l'abundància, riquesa d'espècies, diversitat i estructura de la comunitat de depredadors i parasitoides entre els tractaments d'exclusió i presència de formigues. Es capturaren i identificaren un total de 176,000 artròpodes pertanyents a 81 taxons distints. En quant a l'abundància, la resposta dels enemics naturals a l'exclusió de formigues fou específica per a cada espècie. Els parasitoides mostraren majors abundàncies en presència de formigues mentre que la majoria de depredadors generalistes foren menys abundants. La riquesa d'espècies i l'Índex de diversitat de Shannon dels parasitoides foren majors en presència de formigues mentre que la riquesa d'espècies dels depredadors fou menor. L'estructura de la comunitat de depredadors i parasitoides fou similar entre tractaments. L'impacte negatiu de les formigues sobre els depredadors generalistes pot tenir importants implicacions per a la regulació de les poblacions de plagues. Finalment s'estudià una novedosa hipòtesi en la que es va plantejar l'existència de competència per la melassa que produeixen els hemípters entre les formigues i els enemics naturals. Mitjançant l'ús de cromatografia líquida d'alta resolució (HPLC) es va relacionar l'activitat de les formigues amb les reserves energètiques i les fonts alimentàries utilitzades per espècimens d'enemics naturals recol·lectats al camp. Es va trobar una correlació significativament negativa entre l'activitat de les formigues i el contingut total de sucres i l'alimentació a base de melassa del parasitoide Aphytis chrysomphali (Mercet) en estiu. L'activitat de les formigues es va correlacionar negativament amb l'alimentació a base de sucres del depredador Chrysoperla carnea s.l. en primavera. Aquesta interacció indirecta en la que les formigues interfereixen en l'estat fisiològic dels enemics naturals no ha sigut documentada prèviament. Donat que l'absència de sucres en l'alimentació de moltes espècies de depredadors i parasitoides és perjudicial per al seu estat físic, aquesta interacció pot ten / Calabuig Gomar, A. (2015). Ants, pests and natural enemies in Mediterranean citrus. Ecological interactions and practical implications for biological control [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/54122 / TESIS

MSc (Zoology) / Department of Zoology / See the attached abstract below

The paper is an ecocritical analysis of the Empire of the ants, a book written in 1991 by Bernard Werber. Through this green reading, the author seeks to better understand how climate change is created from a social point of view and why, by inherence, it is so difficult to avert. As the book is largely a juxtaposition of the human society and that of ants, the author compares the two species in order to determine which one is better equipped to tackle climate change, as well as which factors, cultural, political or biological, allow for the necessary measures to be taken. The study finds that the complexity of climate change exceeds our understanding of time and space, making it impossible for us to imagine and consequently tackle in any satisfactory manner. Though ants display features superior to ours when it comes to carrying out this task, the study further concludes that there is an accompanying moral dilemma to such actions, as the environmentally profitable not always is in the best interest of individual lives.

Ce travail porte sur la dispersion des graines par les fourmis et se divise en deux parties :l’une expérimentale (Chapitres 1, 2 & 3) et l’autre synthétique (Chapitres 4 & 5). L’approche expérimentale a consisté en une exploration en conditions de laboratoire des comportements des fourmis à deux étapes du processus de myrmécochorie: à la source de graines et dans le nid. Des graines des plantes myrmécochores Viola odorata et Chelidonium majus ont été présentées aux fourmis Lasius niger et Myrmica rubra. Chaque étape de la séquence myrmécochorique a généré une variabilité des comportements propre à chacun des quatre couples fourmis-graines. <p>L’élaiosome n’attire pas les fourmis à distance. Les fourmis suivent toujours la même séquence de comportements :antennation, manipulation et prise des graines. Le nombre d’antennations et de manipulations avant la prise de graines peut être considéré comme un indicateur de l’« hésitation » des fourmis à prendre les graines. L’espèce à tendance carnivore Myrmica rubra a été plus rapide et efficace dans la prise de graines que l’espèce éleveuse de pucerons Lasius niger. Parallèlement, les fourmis ont moins antenné, moins manipulé et plus pris de graines de Chelidonium majus, ce qui montre un intérêt particulier pour cette espèce. Un jour après l’expérience, toutes les graines des deux espèces se trouvaient dans les déchets à l’extérieur du nid, avec au moins la moitié des élaiosomes consommés (Chapitre 1).<p>Lors du passage des graines à l’intérieur du nid, les fourmis Myrmica rubra ont également montré une capacité à traiter les graines rapidement, en montrant une dynamique d’arrachage de l’élaiosome et de rejet des graines hors du nid plus rapide. Le taux d’arrachage de l’élaiosome a été influencé par l’espèce de graine, plus important pour les graines de Chelidonium majus. Nous avons montré qu’une proportion variable de graines rapportées au nid (moins de la moitié) étaient déposées directement au contact des larves, les autres étant traitées ailleurs par les ouvrières ou laissées temporairement à l’abandon dans le nid. Par ailleurs, les dynamiques de rejet des items hors du nid ont curieusement été peu influencées par l’espèce de graine. Pour une graine, le fait de ne plus avoir d’élaiosome diminue le nombre moyen d’ouvrières qui la contacte simultanément. Parallèlement, même si la réponse n’est pas de type « tout ou rien », l’absence d’élaiosome accroit aussi la probabilité qu’une graine a d’être rejetée. (Chapitre 2).<p>Nous avons isolé expérimentalement le paramètre de dessiccation des graines afin mesurer son influence sur le taux de prises. La dessiccation progressive des graines réduit les taux de prises par les fourmis Myrmica rubra. La réhydratation des mêmes graines leur permet de retrouver une attractivité et donc une valeur fonctionnelle prolongée. Les graines de Viola odorata perdent presque toute attractivité après 4 jours de dessiccation et leur réhydratation ne rétabli que faiblement leur attractivité. A l’inverse, les graines de Chelidonium majus gardent un tiers de leur attractivité après un mois de dessiccation et leur réhydratation restaure presque entièrement leur attractivité (Chapitre 3).<p>La synthèse bibliographique a permis de dresser un aperçu des principales caractéristiques des fourmis dispersatrices de graines myrmécochores. Certains traits « généralistes » rendent les rencontres entre fourmis et graines très probables :leur ubiquité et diversité taxonomique, leur régime alimentaire omnivore, et leur fourragement « diffus » et opportuniste. Les fourmis possèdent des traits qui les rendent uniques par rapport aux autres insectes :le fourragement au sol, la capacité à transporter de la nourriture, ainsi que la nidification. Certains traits des fourmis ont une influence considérable sur la dispersion des graines :leur taille, les préférences de régime alimentaire, la phénologie, la capacité d’apprentissage et la fréquence de déménagement des nids. Nous développons également l’hypothèse que la rapidité et l’efficacité du traitement des graines par les fourmis seraient une conséquence d’un comportement hygiénique des fourmis à tendance carnivore, habituées à gérer des proies périssables (Chapitre 4).<p>Nous avons dressé pour la première fois une liste des espèces de plantes myrmécochores et potentiellement myrmécochores des régions d’Europe tempérée (260 spp.). Nous montrons que ces dernières sont majoritairement herbacées, et ont tendance à fleurir plus précocement que les autres espèces. La proportion de graines myrmécochores comprises entre 1 et 3 mm et entre 0,6 et 10 mg est plus importante que dans le reste de la flore (Chapitre 5).<p>/<p>This study concerns seed dispersal by ants and is divided in two parts: one experimental (chapters 1, 2 & 3), and one synthetic (chapters 4 & 5). <p>Experimental work consisted in a series of laboratory experiments, in which ant behaviour was studied at two stages of the dispersal process: at the seed source and inside the nest. Seeds of the myrmecochorous plants Viola odorata and Chelidonium majus were presented to two ant species: Lasius niger and Myrmica rubra. Each stage of the myrmecochory sequence generated a variability of behaviours for each of the four ant-seed pairs.<p>The elaiosomedo not attract seed at a distance. Ants followed always the same behavioural sequence: antennations, manipulations, and removal. The number of antennations and manipulations before removal can be considered as a measure of ants’ “hesitation” to remove seeds. The carnivorous species Myrmica rubra was faster and more efficient at taking seeds than the aphid-tending Lasius niger. At the same time, ants antennated and manipulated less Chelidonium majus seeds, which shows a particular interest for this seed species. One day after the experiment, all seeds of both species were located outside the nest in the refuse piles. At least half of their elaiosomes had been consumed (chapter 1). <p>Inside the nest, Myrmica rubra also showed a great ability to treat seeds quickly, i.e. quicker dynamics of elaiosome removal and seed rejection outside the nest. Elaiosome removal rates were influenced by seed species (higher for Chelidonium majus). We showed that a variable proportion of seeds (less than half) was directly deposited in contact with larvae. The rest of the seeds were handled elsewhere by workers, or left temporarily unattended in the nest. Dynamics of seed rejection outside the nest were curiously little influenced by the seed species. For a seed, to loose the elaiosome decreased the number of workers manipulating it. At the same time, even if the rejection response is not automatic, the absence of elaiosome increases the probability for a seed to be rejected (Chapter 2).<p>We isolated the desiccation parameter in order to measure its influence on seed removal rates. Progressive seed desiccation reduced Myrmica rubra removal rates. Rehydration of the same seeds restored their attractiveness, thereby prolonging their functional life. Viola odorata seeds lost almost all their attractiveness after 4 days of desiccation, and rehydration only restored a reduced part of their attractiveness. On the contrary, Chelidonium majus seeds kept one third of their attractiveness after one month of desiccation, and recovered almost all their attractiveness after rehydration (Chapter 3). <p>The bibliographic review allowed us to compile an outline of the main features of seed-disperser ants. Some generalist features highly increase the probability that ants encounter seeds: their ubiquity and taxonomic diversity, omnivorous diet and their opportunistic “diffuse” foraging. Among insects, ants have unique traits that make them broad dispsersers: ground foraging, the ability to transport items, and nesting behaviour. Some other traits have a great influence on the seed dispersal system: the ant body size, their diet preferences, the phenology of the colony, the learning, and the frequence of nest relocation. We also develop the hypothesis according to which, handling efficiency of ants is a byproduct of hygienic behaviour of carnivorous oriented species, since they are used to manage perishable preys (Chapter 4). <p>We compiled the first list of myrmecochorous and potentially myrmecochorous plants species of European temperate regions (260 spp.). We show that these plants are mainly herbaceous. They also tend to flower earlier than the whole flora. The proportions of myrmecochorous seeds having a size range between 1 and 3 mm, and a weight range between 0.6 and 10 mg are higher than in the rest of the flora (Chapter 5). <p><p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Contexte: La fragmentation des habitats induisant une diminution de leur surface, de leur connectivité et une augmentation de la zone de contact avec d’autres milieux constitue l’une des menaces majeures pour le maintien de la biodiversité. Les effets de la fragmentation ne doivent pas être confondus avec les perturbations transitoires liées à un morcellement de l’habitat par une déforestation récente. Les îlots forestiers du Chaco humide, situés sur des monticules légèrement surélevés par rapport à la savane environnante qui est régulièrement inondée et brûlée, constituent un système naturellement fragmenté propice à l’étude des effets de la fragmentation sensu stricto. Dans ces forêts subtropicales sèches, comme dans la plupart des écosystèmes terrestres, les fourmis constituent l’un des organismes les plus abondants.<p>Objectif: Le but principal de la thèse a été de déterminer, à trois échelles spatiales, les facteurs influençant la structure des assemblages de fourmis terricoles :(1) à l’échelle du microhabitat constitué par la litière de feuilles et la couverture végétale dominée par des broméliacées terrestres ;(2) à l’échelle du fragment forestier dont la surface, la forme et l’isolement est variable ;(3) à l’échelle du paysage, constitué de forêt et de savane, soumis à des feux périodiques, et au niveau duquel nous nous sommes intéressés aux effets de bord se produisant à l’interface entre les deux milieux.<p>Méthode: Le site d’étude est la forêt naturellement fragmentée du Parc national Rio Pilcomayo localisé dans le Chaco humide argentin. Onze fragments forestiers de taille (± 2.5ha, 25ha et 250ha), de forme et de degré d’isolation divers ont été échantillonnés ainsi que la savane environnante, récemment brûlée ou non. La diversité et la densité des fourmis a été quantifiée au moyen d’un protocole standardisé<p>(« protocole A.L.L. ») qui a été préalablement calibré pour en définir la représentativité. Ce protocole consiste en un transect de 200m le long duquel sont placés, à intervalles de 10m, des pièges à fosse et des quadrats délimitant 1m² de litière de feuilles. La faune vivant dans la litière est ensuite extraite au moyen d’un dispositif appelé Winkler. Le calibrage du protocole a été réalisé en suréchantillonnant 8<p>fois le transect (160 points d’échantillonnage au lieu de 20). Cet échantillonnage quasi exhaustif de 200m² a permis de comparer l’estimation du nombre d’espèces obtenue par le transect standardisé ALL avec sa valeur réelle et d’étudier la distribution des espèces à l’échelle du mètre. Les facteurs du microhabitat les plus susceptibles d’influencer la distribution des fourmis (quantité de litière et densité de broméliacées) ont été mesurés systématiquement le long des transects. Pour l’étude de la distribution des fourmis depuis le coeur d’un grand fragment jusque dans la savane, des transects de 500m ont été utilisés et ont permis de mesurer des effets de bords éventuels. Un total de 800 Winkler et 560 pièges à fosses ont été analysés lors de cette étude.<p>Résultats: Un transect standardisé A.L.L. permet d’obtenir, à partir de 20 échantillons et de méthodes analytiques adéquate, une estimation fiable de la richesse locale au sein de 200m² mais n’est pas toujours représentatif de la fréquence relative des espèces. Au total, 150 espèces de fourmis ont été récoltées dont 130 en forêt et 79 en savane (dont 59 espèces communes aux deux milieux). Au niveau du micro-habitat, on observe pour certaines espèces des pics périodiques d’abondance (maximum tous les 10m) correspondant vraisemblablement à l’emplacement des colonies qui s’espacent pour diminuer la compétition intraspécifique. Associé aux micrconvexités topographiques l’on observe également des pics de densité de broméliacées et de quantité de litière qui favorisent une grande densité d’espèces différentes de fourmis. À l’échelle de l’habitat, les îlots forestiers petits et isolés sont les moins riches, principalement en espèces typiquement forestières. Dans les larges fragments, les espèces typiquement forestières se distribuent indépendamment de la distance les séparant du bord. Quelques espèces typiques de savane pénètrent en bordure de forêt et provoquent une plus grande variabilité de la faune récoltée au sein des quadrats de litière situés à cet endroit. Cependant, aucun pic de diversité<p>correspondant à une zone de superposition d’espèces de bord et de centre n’a été observé au sein des fragments forestiers. Les feux de savane modifient la fréquence relative des espèces les plus communes mais n’affectent pas la richesse globale du milieu et ne pénètrent pas dans la forêt.<p>Conclusions: Le protocole standardisé ALL, utilisé couramment par de nombreuses équipes de<p>chercheurs à travers le monde, mais qui n’avait encore jamais été réellement calibré avant notre étude, apparaît comme une méthode minimale mais suffisante pour déterminer la richesse locale en fourmis d’une forêt du Chaco humide. Ce calibrage a permis, en outre, de mettre en évidence un taux important de renouvellement des espèces à l’échelle du mètre carré. Nos résultats soutiennent l’idée que la disponibilité en ressources favorables, plus que la compétition interspécifique, est un mécanisme majeur<p>structurant les assemblages de fourmis des litières. À l’échelle du micro-habitat, un grand nombre d’espèces de fourmis forestières coexistent dans les zones riches en matière organique associée à la présence de broméliacées qui apparaissent comme un facteur structurant majeur de la distribution des fourmis. Au niveau de la litière, les colonies de différentes espèces ont des aires de fourragement qui se<p>superposent tandis que les colonies de même espèce ont tendance à s’espacer limitant la compétition pour les mêmes ressources. Un effet de bord, lié à des modifications locales des conditions climatiques et de la structure de la végétation, ne se marque pas au niveau de la myrmécofaune dans ce type de milieu, ce qui explique que l’on n’observe pas le traditionnel pic de diversité au niveau de la zone de transition entre deux milieux. Du point de vue de la conservation des espèces, des fragments forestiers de 15ha, bien connectés, apparaissent comme des conditions minimum pour conserver l’ensemble des espèces de fourmis de l’assemblage. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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La construction du nid chez les fourmis génère des structures assumant de nombreuses fonctions, qui sont en grande partie dépendantes de l’architecture produite. L’omniprésence de ces fonctionnalités contraste avec la forte diversité intra et inter-spécifique de la morphologie du nid. Ce travail a pour objectifs de déterminer d’une part la morphogenèse du nid durant son excavation par les fourmis (Chapitre 3), et d’autre part de quantifier l’impact de la taille du groupe (Chapitre 3) et de la qualité de l’environnement (qualité du matériau, gravité; Chapitres 4 & 5) sur cette séquence. Pour répondre à ces questions, nous avons utilisé un dispositif de creusement en deux dimensions (2D) afin de suivre la dynamique d’excavation et l’évolution de la morphologie du nid au cours du temps. Nous avons tout d’abord mis en évidence (Chapitre 3) un changement brutal de la morphologie du nid au cours de sa croissance. Durant une première période d’excavation homogène, le nid est constitué d’une seule cavité de forme circulaire et au contour régulier. Par la suite, le pourtour de la cavité devient plus irrégulier, l’apparition de ‘‘bourgeons’’ lui donnant une apparence plus plissée. Enfin, la cavité centrale cesse de croître lorsque des ramifications se déploient depuis certains des ‘‘bourgeons’’. Nous avons qualifié de transitions morphologiques ces brusques changements de forme, dont la fréquence d’apparition augmente avec la taille de la population. Notre analyse et le recours à la simulation semblent indiquer que ce phénomène soit basé non pas sur un changement de comportement des ouvrières excavatrices mais sur la densité d’activité au front de creusement. Lorsque celle-ci est importante, des phénomènes d’encombrement se manifestent et le nid est excavé de manière homogène. À l’inverse, lorsque l’encombrement diminue les ouvrières peuvent focaliser leur travail et excavent des galeries. Un modèle analytique (Chapitre 6) a permis d’étudier les conditions d’apparition de cette transition morphologique. Nos autres résultats indiquent que le matériau de construction influence très fortement la morphogenèse du nid (Chapitre 4) : les nids excavés dans un milieu cohésif sont plus fréquemment ramifiés et la transition morphologique apparaît à des surfaces de nid plus petites que dans un milieu granulaire. Il semblerait qu’à nouveau, il n’y ait aucune variation comportementale impliquée, mais que l’environnement joue un rôle de ‘‘médiateur’’ des interactions entre les fourmis: le milieu change le temps d’extraction et donc la probabilité individuelle d’excavation, cette variation est exacerbée par les mécanismes d’amplification à l’œuvre, modifiant alors sensiblement la dynamique collective de creusement et la structure du nid. Enfin, une série d’expériences (Chapitre 5) nous a permis de déterminer l’influence de la gravité sur la morphogenèse. Il apparait que la gravité sert de gabarit à la construction, puisque les nids excavés dans un dispositif à l’orientation verticale sont tous dirigés vers le bas. Aussi, si le nid prend directement une forme de long puit vertical sans jamais présenter de chambre, le mécanisme de transition morphologique reste visible, sous forme de bifurcation des galeries à leur extrémités. Ce phénomène de tip-splitting semble aussi apparaître sous la contrainte de la densité d’ouvrières excavant au fond des galeries. Notre travail a donc mis en évidence un phénomène de transition morphologique capable de produire les modules de base de tout nid - chambres et galeries -, et qui semble découler non pas de modifications comportementales, mais de la seule interaction de l’amplification de l’activité et de l’encombrement au front d’excavation. Ce phénomène ubiquiste propose une explication à la grande variété de structures observées sur le terrain, en lien notamment avec la diversité et l’hétérogénéité des milieux, et la dynamique des colonies. Enfin, les similitudes de la transition morphologique avec les instabilités de croissance observées dans de nombreux systèmes biologiques et physico-chimique invitent à considérer ces derniers phénomènes à la lumière de nos résultats.