Flexibilité cognitive chez une espèce sociale : impact de la division du travail et du microbiote intestinal
Jean-Marc Devaud – Centre de Recherches sur la Cognition Animale, Centre de Biologie Intégrative, Université Paul Sabatier, Toulouse – jean-marc.devaud@univ-tlse3.fr
Amélie Cabirol – Département de Microbiologie Fondamentale, Université de Lausanne (Suisse) – amelie.cabirol@unil.ch
La flexibilité cognitive est la capacité des individus à adapter leur comportement face aux fluctuations de l’environnement. Chez l’abeille domestique Apis mellifera, une telle flexibilité est nécessaire lors de la recherche de nourriture car les espèces florales produisant du nectar et du pollen varient au cours de la saison (Grüter & Ratnieks, 2011). Cependant, toutes les abeilles d’une colonie ne sont pas des butineuses car, chez cette espèce eusociale, une division du travail basée sur l’âge est en place. Au cours de sa vie d’adulte (environ 2 mois), une ouvrière assure d’abord des tâches à l’intérieur de la ruche (nourrissage des larves, entretien) puis à l’extérieur (défense à l’entrée de la ruche, butinage). De plus, dans les régions à climat tempéré ce processus ne se produit pas chez les abeilles dites d’hiver, nées en automne et qui passent l’hiver à l’intérieur de la colonie, en l’absence de ressources alimentaires extérieures. Ces abeilles, dites d’hiver, ont donc une durée de vie allongée par rapport aux abeilles d’été et un métabolisme différent. Leur niveau de flexibilité cognitive n’a pas encore été décrit. La flexibilité cognitive varie fortement entre individus d’une même ruche, en lien notamment avec les conditions environnementales et l’expérience auxquelles ils ont été exposés (Cabirol et al., 2017 ; 2018). Le microbiote intestinal est également susceptible de jouer un rôle, puisque sa composition varie entre abeilles d’été et d’hiver (Kesnerova et al., 2020), et des manipulations expérimentales de sa composition impactent les capacités d’apprentissage (Zhang et al., 2022 ; Cabirol et al., 2023).
Ce stage s’inscrit dans un projet de recherche visant à mettre en lumière le lien entre la tâche comportementale, le microbiote intestinal et la flexibilité cognitive de l’hôte. A travers divers tests cognitifs, nous cherchons à identifier les profils de microbiote (e.g. diversité des espèces bactériennes ou abondance d’espèces particulières) associés à une bonne ou mauvaise flexibilité cognitive. Par ailleurs, ce stage permettra de comparer les performances d’abeilles d’hiver et d’été, dont la composition du microbiote intestinal diffère (Kesnerova et al., 2020), dans ce type de tâche.
Pendant son stage, l’étudiant·e utilisera des protocoles d’inversion de consigne dans lesquels les stimuli visuels ou olfactifs associés à de la nourriture changent au cours du temps (Devaud et al., 2007). Ces expériences seront réalisées à Toulouse en conditions contrôlées au laboratoire, puis si le temps le permet en conditions semi-naturelles à l’aide de dispositifs automatisés. L’intestin des abeilles testées sera systématiquement disséqué et conservé afin d’analyser, à posteriori, la composition du microbiote par séquençage du gène codant pour l’ARNr 16S bactérien. L’étape d’extraction de l’ADN bactérien pourra ou non être confiée à la personne recrutée pour le stage, selon sa motivation, ses éventuelles compétences en biologie moléculaire et l’état d’avancement des expériences comportementales. Le séquençage sera effectué par nos collaborateurs à Lausanne.
Techniques utilisées : tests comportementaux d’apprentissage (principalement en laboratoire), dissections, éventuellement extraction d’ADN
Compétences requises : rigueur dans la réalisation d’expériences comportementales, esprit d’équipe, autonomie, adaptabilité
Références bibliographiques :
Cabirol A., Brooks R., Groh C., Barron AB., Devaud JM. (2017) Experience during early adulthood shapes the learning capacities and the number of synaptic boutons in the mushroom bodies of honey bees (Apis mellifera). Learning & Memory 24:557-562
Cabirol A, Cope AJ, Barron AB, Devaud JM (2018) Evidence for a relationship between brain plasticity, cognition and foraging performance in honey bees. PloS one. 13:e0196749
Cabirol A, Schafer J, Neuschwander N, Kesner L, Liberti J, Engel P (2023) A defined community of core gut microbiota members promotes cognitive performance in honey bees. BioRxiv.
Devaud J-M, Blunk A, Podufall J, Giurfa M, Grünewald B (2007) Using local anesthetics to block neuronal activity and map specific learning tasks to the mushroom bodies of an insect brain. Eur J Neurosci 26: 3193-3206
Grüter C, Ratnieks, F (2011) Flower constancy in insect pollinators: Adaptive foraging behavior or cognitive limitation? Communicative and Integrative Biology. 4(6): 633-636.
Kesnerova L, Emery O, Troilo M, Liberti J, Erkosar B, Engel P (2020) Gut microbiota structure differs between honeybees in winter and summer. ISME Journal. 14: 801-814.
Zhang Z, Mu X, Cao Q, Sh, Y, Hu X, Zheng H (2022) Honeybee gut Lactobacillus modulates host learning and memory behaviors via regulating tryptophan metabolism. Nat. Commun. 13, 2037