Le 20 janvier dernier s’est tenu le premier TEDx Lausanne. C’est pas encore la conférence TED (franchement, ce serait un peu comme comparer un planeur à un Boeing), mais l’esprit est le même, c’est bon pour la tête et on y fait des rencontres intéressantes.

L’un des rares scientifiques sur scène a particulièrement attiré mon attention. Il s’agit de Laurent Keller, professeur d’écologie évolutionniste à l’Université de Lausanne. Jusqu’à ce moment précis, les fourmis, honnêtement, je m’en tapais un peu… Mais voilà, il y a de ces moments dans la vie où on voit tout à coup le monde sous un autre jour et c’en était un. J’ai sagement attendu la pause et je suis parti gaillardement à sa rencontre pour lui demander une interview. Super sympa, on s’est tutoyés tout de suite. Il m’a fait comprendre que son emploi du temps frisait l’impossible mais qu’il trouvait la démarche du podcast originale et sympathique et qu’il arriverait bien à dégager un petit moment.

Depuis, j’ai eu l’occasion de me documenter un peu sur le personnage et je me suis rendu compte que c’est une sommité mondiale dans sa spécialité, qu’il a été le premier à séquencer le génome de la fourmi de feu, qu’il donne des conférences sans arrêt aux quatre coins de la planète, qu’il compte une quantité astronomique de publications à son actif, fait partie de nombreux comités de lecture, siège dans de nombreuses associations, bref, c’est un miracle qu’il ait trouvé un moment pour le podcast, encore une marque de la modestie des tous grands!

Alors qu’est-ce qui a bien pu m’épater comme ça dans sa présentation à TEDx?

Laurent Keller a commencé en indiquant qu’il allait montrer les analogies entre un animal social dont on a beaucoup parlé dans le reste de la conférence, l’homme, et un autre animal social, la fourmi.

Il a d’abord proposé une petite expérience mentale: “Supposez que vous soyez dans une forêt tropicale et que vous pesiez tous les animaux que vous y trouvez…” C’est ce qu’on appelle la biomasse: on ne parle pas du nombre d’individus mais de leurs poids additionnés. On constaterait immédiatement que certaines espèces sont plus importantes que d’autres: dans ces environnements, les fourmis et les termites comptent pour 1/3 de la biomasse animale totale! La proportion de vertébrés comme les oiseaux et les mammifères est bien plus faible en comparaison:  le poids des fourmis dans la forêt tropicale est plus important que celui de tous les vertébrés réunis! Pourquoi? Parce qu’elles sont sociales! Et en étant sociales, elles peuvent influencer leur environnement.

Elles déplacent parfois des tonnes de terre pour bâtir leurs colonies, tâche tout à fait impossible sans une coopération étroite entre les individus. Et pour alimenter ces colonies, qui regroupent parfois plusieurs millions d’individus, les fourmis recourent à l’agriculture en élevant, par exemple, des champignons. Avec des méthodes plutôt sophistiquées: elles utilisent par exemple des enzymes comme agents de croissance!

Dès que j’ai eu Laurent Keller sous la main, j’ai bien sûr voulu en savoir plus… Extraits:

De nombreuses espèces de fourmis élèvent des champignons et s’en nourrissent ensuite exclusivement. Cela, elles l’ont inventé il y a environ 70 millions d’années. Nous autres, humains, avons inventé l’agriculture il y a seulement 10’000 ans. Elles l’ont inventée bien avant nous. D’ailleurs, elles élèvent des champignons qu’on ne trouve plus de manière naturelle. Ces champignons ne se développent que grâce aux fourmis. Une reine de fourmis va partir avec des spores de champignon qu’elle va prendre avec elle pour fonder cette nouvelle société. Et tout de suite, lorsqu’elle sera toute seule, elle va élever un premier champignon. Les premières ouvrières qui vont naître, ensuite, vont aller chercher des feuilles pour fournir un substrat sur lequel le champignon pourra se développer. Elles produisent aussi des substances pour réguler la croissance du champignon, des engrais.
Mais elles produisent aussi des antibiotiques : elles ont des bactéries spéciales, qu’elles élèvent aussi pour éviter la croissance d’autres types de bactéries ou d’autres champignons parasites sur le champignon qu’elles cultivent. Les fourmis ont mis en place tout un système de protection de l’élevage de leur champignon. Elles empêchent aussi le champignon de se reproduire tout seul. Elles l’obligent à se reproduire de manière asexuée. Donc le champignon ne fait plus ce que nous appelons un champignon mais en fait une sorte de mycélium. Les fourmis empêchent la création de ce champignon qui se reproduit, car c’est coûteux pour elles et ne leur ramène aucune nourriture. Donc elles se nourrissent uniquement du mycélium et empêchent la reproduction sexuée. C’est l’une des raisons pour lesquelles certains de ces champignons ne se retrouvent pas du tout à l’état naturel.

Alan : Les fourmis ont presque inventé les OGM, finalement ?

Laurent Keller : En tout cas, elles évitent de mélanger les différents champignons : si on a différents champignons dans une même colonie, ils vont être en compétition et ce n’est pas toujours en faveur d’une croissance bénéfique pour les fourmis. Elles font de la monoculture comme nous le faisons également

Laurent Keller, dans sa présentation à TEDx indiquait également que les fourmis n’ont pas recours qu’à l’agriculture pour se nourrir. J’ai bien sûr,  là aussi, voulu en savoir un peu plus

Alan : Nourrir 7 milliards d’humains, aujourd’hui, est devenu un challenge (voir Podcast Science n° 78 et 79) . Les fourmis n’ont pas ce problème? Elles se débrouillent toujours dans leur environnement ?

Laurent Keller : Il existe environ 10’000 espèces de fourmis et la source de nourriture varie d’une espèce à l’autre. De nombreuses espèces se nourrissent du miellat des pucerons, qui est une source de nourriture très importante (les pucerons, ou d’autres types d’insectes, vont manger la sève des arbres en très grandes quantités et vont rejeter des acides aminés et des sucres, disponibles pour d’autres organismes, les fourmis en particulier), elles vont également se nourrir de déchets d’insectes ou d’autres types de nourriture. La variété est assez large. Il faut dire aussi qu’elles consomment moins que les humains par unité de masse. Une grande partie de ce que nous mangeons est utilisée pour nous garder à la bonne température. Tandis que les insectes, dont la température est identique à celle de l’environnement, sont beaucoup plus efficaces pour changer de l’énergie en croissance. Il leur faut sans doute 10 fois moins d’énergie qu’aux humains.

Alan : l’évolution a trouvé des systèmes plus rentables pour les fourmis que pour nous

Laurent Keller : Tout à fait. Chez l’humain, cela peut être amélioré. Si on élève des poules par exemple, on peut obtenir plus de viande pour la même quantité d’énergie qu’en élevant une vache, car celle-ci dépense beaucoup plus d’énergie à maintenir son corps à 37 ou 38 degrés.

Alan : On aurait donc encore moyen d’optimiser ; ce que les fourmis ont déjà fait il y a longtemps.

Laurent Keller : Tout à fait.

Alan : On évoquait tout à l’heure le miellat des pucerons. D’où les fourmis sortent-elles ce miellat ? Elles élèvent des pucerons ? Elles ont inventé l’élevage avant nous ?

Laurent Keller : Exactement. Ce qu’elles font, c’est qu’elles prennent des pucerons. Elles les déplacent d’un arbre à l’autre pour obtenir davantage de nourriture. Elles vont les mettre sur des branches ou sur des arbres où il n’y a pas de pucerons et augmentent ainsi la quantité de nourriture. C’est la traite des pucerons. C’est l’équivalent du lait de la vache. Mais elles vont aussi manger la vache : lorsqu’il y a trop de pucerons, elles les mangent de la même manière que nous mangeons les vaches laitières pour leur viande. Elles prennent le miellat, la viande et déplacent les pucerons comme nous déplacions autrefois les vaches d’un pré à l’autre.

Dans sa présentation, Laurent Keller évoque ensuite la division du travail, avec un exemple assez spectaculaire, celui des fourmis “Pot-de-miel”.

Ce sont des fourmis que l’on trouve dans les déserts australiens et du Sud des Etats-Unis. Certaines d’entre elles stockent de la nourriture dans leur abdomen pour nourrir leurs congénères en été, quand il n’y a plus rien à manger.

La photo montre que leur abdomen devient énorme: elles ressemblent effectivement à des pots de miel; impossible de se mouvoir par exemple, leurs pattes ne touchent plus par terre. Elles restent des mois sans bouger et font juste office de récipients!

Alors après avoir posé le décor, Laurent Keller s’est ensuite posé la question des parallèles entre les fourmis et les hommes: et force est de constater qu’on en trouve pas mal.

Des fourmis et des hommes, quelques similarités

• La coopération bien sûr est un premier point commun: tout comme une fourmi ne pourrait pas déplacer toute seule plusieurs tonnes de terre pour bâtir une gigantesque fourmilière, il est inconcevable que des mégapoles comme Tokyo, New-York ou Londres aient pu se construire sans un minimum de coordination. Non seulement pour bâtir les cités mais également pour les gérer au quotidien.
• Ce qui nous amène tout droit à un deuxième point commun: la modification de l’environnement. La présence des fourmis a un impact important sur leur environnement. On peut assurément en dire autant des humains.
•  La sédentarisation est une troisième similarité: pour ne pas devoir se promener toute la journée à la recherche de quelque chose à se mettre sous la dent, il faut trouver de quoi se nourrir sur place quand on s’installe durablement quelque part. Les fourmis, comme les hommes ont pour cela inventé l’agriculture. Puis l’élevage nous a permis ne plus devoir sortir chasser.
• La division du travail a permis aux fourmis, comme à nous, de rendre les sociétés plus productives.

Ces exemples-là sont assez évidents… Mais y a-t-il d’autres similarités?  Et bien oui, et elles sont plutôt surprenantes. Laurent Keller  a choisi d’en évoquer deux:

La durée de vie des animaux sociaux

On écoute à nouveau Laurent Keller:

Laurent Keller: Les fourmis ont une très longue longévité. Les reines peuvent vivre jusqu’à 30 ans chez certaines espèces. Pour un insecte, c’est énorme ! La durée de vie des reines de fourmis est environ 100x plus longue que ce qu’on trouve comme durée de vie moyenne chez les insectes. La durée de vie a été multipliée par 100 avec l’évolution de la socialité !

On peut retrouver des choses similaires chez d’autres espèces. Notamment chez le rat-taupe nu qui vit sous-terre, qui est presque aveugle et qui n’a plus de poils. C’est une société très similaire aux sociétés de fourmis, avec une reine, quelques rois qui se reproduisent et entre 10 et 80 individus qui sont des ouvriers ou ouvrières qui travaillent dans la société, mais ne se reproduisent pas. Dans cette espèce aussi, on a une durée de vie beaucoup plus grande en comparaison avec des mammifères de même taille. Et cela est également dû à l’évolution de la socialité.

Chez l’humain : l’humain a une durée de vie plus longue comparé à d’autres mammifères de même taille. D’une manière générale, l’évolution de la socialité, en diminuant le risque de mortalité extrinsèque – c’est à dire le risque de mortalité à cause de prédateurs ou de parasites – a favorisé des mécanismes où on fait plus d’efforts pour garder son corps en bonne santé et qu’on vit plus longtemps. C’est pour cela qu’on a une corrélation entre socialité et durée de vie.

Alan : Donc la socialité est une stratégie évolutive qui marche bien

Laurent Keller : Tout à fait. On le voit effectivement en termes de biomasse avec les fourmis et les humains. En étant social, en divisant le travail, on peut augmenter la productivité et augmenter les effectifs de l’espèce. Beaucoup de beaux succès écologiques ont lieu chez les espèces sociales.

Alan : Toutes les espèces auraient intérêt à être sociales alors ?

Laurent Keller : Oui, mais il n’y a pas la place pour tout le monde à être social : il y a beaucoup d’autres niches où l’on ne peut pas développer des modes de vie permettant la socialité.

L’auto-médication chez les espèces sociales

L’autre exemple de similarité que Laurent Keller a choisi d’évoquer dans sa présentation TEDx, c’est l’auto-médication. Chez les espèces sociales, quand un individu est contaminé, comme on a tendance à vivre les uns sur les autres, la contamination se répand très vite. Vivre en groupe est un moyen parfait de disséminer les parasites. Les espèces sociales ont donc dû découvrir les antibiotiques pour lutter contre les bactéries. Encore un point commun! On peut étendre le concept à l’invention des mesures d’hygiène en général et j’ai posé à Laurent Keller la question de la gestion des déchets

Pour beaucoup d’espèces qui sont grégaires, comme les fourmis, ou chez l’humain, c’est un problème d’avoir des déjections – soit des excrémements – proches du lieu de vie, car cela entraîne souvent des parasites. Il faut donc les mettre à distance ou les enterrer. Même les chats enterrent leurs excréments. Les fourmis les mettent à distance. Elles ont des sortes de cimetières dans lesquels elles peuvent mettre leurs excréments et les individus morts. Le but est de sortir tout le matériel qui permettrait à des parasites de se développer, pour que cela se fasse à l’extérieur de la société et non à l’intérieur. C’est juste un système de propreté similaire à ce qui a été développé chez l’humain. On essaie aussi de mettre le plus possible nos saletés hors de nos villes et cela a probablement été l’un des facteurs les plus importants ayant permis l’augmentation de la biomasse : l’augmentation de l’hygiène et la diminution de morts par maladies virales ou autres qui peuvent se propager rapidement dans une société qui compte une forte densité d’individus.

 Et les différences?

Entre les fourmis et les hommes, on a d’abord une grosse différence de timing! Les fourmis sont apparues il y a quelque 100 millions d’années et leur complexité a évolué très rapidement. La socialité des humains, en comparaison, est toute récente! Laurent Keller indique que les premiers humains ont au maximum deux millions d’années. Et l’espèce était plutôt rare sur la Terre, jusqu’à très récemment. Nous sommes 7 milliards aujourd’hui, mais nous n’étions que quelques millions il y a seulement deux mille ans. Une espèce de mammifère comme une autre, quoi. On en rencontrait un de temps en temps.

Aujourd’hui, nous sommes 7 milliards, nous sommes partout et notre biomasse est énorme. Devinez quelle est la seule autre espèce avec une biomasse comparable? Les fourmis bien sûr. En fait, ce n’est que depuis l’année passée que notre biomasse a rattrapé la leur! Il a fallu pour cela que nous rattrapions notre retard sur elles: que nous inventions l’agriculture il y a 10 mille ans, puis que nous développions l’élevage, la division du travail, l’hygiène, les antibiotiques, la gestion de l’eau, et par conséquence la baisse la mortalité qui nous a permis de vivre dans des cités aussi complexes que celles des fourmis.

Cette histoire de biomasse m’a beaucoup travaillé… Si on empilait toute l’humanité sur une énorme place, et toute les fourmis sur une autre, les montagnes seraient identiques, il fallait que je revienne un peu sur la question

Laurent Keller: Les fourmis sont là depuis des dizaines de millions d’années. Leur biomasse est la constante depuis 30 à 40 millions d’années. Et elle est à peu près équivalente actuellement à celle des humains. Cela veut dire que le poids de toutes les fourmis et le poids de tous les humains sur Terre sont à peu près équivalents. L’humain vient de rattraper la fourmi en termes de biomasse.

Alan : Connaît-on d’autres insectes qui auraient une biomasse comparable ou la situation des fourmis est-elle exceptionnelle ?

Laurent Keller : Parmi les autres insectes qui ont une grande biomasse, on trouve également des insectes sociaux (les termites, les guêpes, et les abeilles) et c’est surtout dans des pays tropicaux que ces insectes ont une très grande biomasse. Après, il y a d’autres insectes qui sont très communs, mais ce sont surtout des insectes qui vivent dans le sol. D’autres groupes sont très communs et remportent un grand succès, mais en termes de nombre d’espèces plutôt qu’en termes de biomasse. Les coléoptères, par exemple, comptent de nombreuses espèces, jusqu’à un million, mais leur biomasse est moins importante.

Alan : Et quel est le poids d’une fourmi par rapport au poids d’un être humain ?

Laurent Keller : Cela dépend des espèces ; une fourmi peut être minuscule. Cela va d’un dixième de milligramme pour certaines espèces à plus d’un milligramme. 10, 20 voire 50 milligrammes, mais chez la plupart des espèces, les ouvrières sont petites et pèsent moins d’un milligramme. Il faut donc plusieurs millions de fourmis pour faire un humain. Nous sommes 7 milliards d’humains, à multiplier par 10 millions peut-être pour connaître le nombre de fourmis.

Laurent Keller a terminé sa présentation TEDx en montrant quelques images issues d’une modélisation d’échanges d’information au sein d’une fourmilière. C’est assez intéressant, je vous invite à consulter la vidéo: on peut représenter les interactions comme s’il s’agissait d’un réseau. Cela permet de modéliser les systèmes de communication en général. Pas juste entre fourmis… Du coup, je lui ai demandé quels enseignements on pouvait tirer de ces observations pour l’informatique par exemple:

Laurent Keller : Oui, certains programmes sont basés sur des observations qui ont été faites chez les fourmis. Et l’un de ces programmes concerne la distribution de différents types de produits. C’est ce que l’on appelle le problème du voyageur de commerce qui doit visiter, par exemple, 30 villes. Et la question est : quel est le chemin le plus court pour visiter ces 30 villes ? C’est un problème très complexe, car il s’agit d’une factorielle de 30 et il y a donc des millions et des millions de possibilités de relier ces 30 villes (ndlr : 2.6525286 × 10^32), mais il y a une solution qui est plus courte que les autres. C’est un problème difficile: avec un ordinateur, on peut créer toutes les solutions, mais cela demande beaucoup de temps. Il existe maintenant des programmes basés sur ce que font les fourmis pour trouver de la nourriture et cela simplifie le problème. Quand les fourmis vont chercher de la nourriture, admettons qu’elles aient deux chemins possibles pour le faire : elles déposent une phéromone pendant leur parcours. Si un chemin est plus court que l’autre, un peu plus d’ouvrières peuvent faire l’aller-retour et donc, un peu plus de phéromones se déposent. Après un moment, le chemin le plus court est celui qui a le plus de phéromones. Les fourmis vont préférer ce chemin et encore renforcer la différence entre le chemin court et les chemins longs jusqu’à ce que tous les individus prennent le chemin le plus court. Pour ce problème du voyageur de commerce, des algorithmes similaires ont été développés pour essayer de trouver des chemins plus courts. Des programmes développés à partir des fourmis sont aujourd’hui employés par de grandes compagnies pour savoir comment délivrer des pâtes par exemple. La marque Buitoni, je crois, ou même Migros employaient un système comme cela pour délivrer entre leurs différentes succursales les aliments de la manière la plus efficace possible.

Ce ne sont bien sûr pas les seules applications, mais malheureusement, nous étions un peu pris par le temps… En lisant depuis l’interview son excellent livre “La Vie des Fourmis” (écrit avec la journaliste scientifique Elisabeth Gordon), j’ai appris que les fourmis offraient des modèles que je n’aurais jamais soupçonnés. Par exemple, en observant la manière qu’ont les nourrices de l’espèce Leptothorax unifasciatus de trier le couvain en cercles concentriques, selon leur stade de développement, les banquiers ont pu mettre au point des algorithmes permettant de classer les clients selon leur capacité de remboursement et donc de traquer les mauvais payeurs.

Les fourmis ont également inspiré une nouvelle forme de robotique, l’intelligence en essaim. En imitant l’auto-organisation de groupe des insectes sociaux, on a pu mettre en place la robotique collective, notamment les fameux Swarmbots inspirés de la théorie du gène égoïste et qui sont capables de coopération auto-organisées. Voir mobots.epfl.ch.

On en reste là pour aujourd’hui, mais comme souvent, la porte est ouverte pour de nombreux autres dossiers

Retrouvez la vidéo de Laurent Keller ci-dessous: