Remerciements - LEEC - Université Paris 13

Transcription

UNIVERSITÉ PARIS XIII
THÈSE
présentée pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ PARIS XIII
Biologie des organismes
(Mention : Biologie du Comportement)
par
Jérôme Orivel
L'adaptation à la vie arboricole de la fourmi
Pachycondyla goeldii (Hymenoptera : Ponerinæ)
Soutenue le 7 janvier 2000 devant le jury composé de :
P. JAISSON
Professeur
(Université Paris XIII)
Président
A. HEFETZ
Professeur
(Université de Tel Aviv)
Rapporteur
D. McKEY
Professeur
(Université Montpellier II)
Rapporteur
A. DEJEAN
Professeur
(Université Toulouse III)
P. ESCOUBAS
Maître de conférences
(Université Paris VI)
Examinateur
D. FRESNEAU
Professeur
(Université Paris XIII)
Examinateur
Examinateur
(Directeur de thèse)
Laboratoire d'Éthologie Expérimentale et Comparée, ESA CNRS 7025
Remerciements
Merci d'abord à Alain Dejean, directeur de cette thèse, pour l'ensemble de ses qualités
humaines et ses qualités scientifiques. Ses connaissances entomologiques, tous ses conseils
ainsi que la rigueur et la rapidité de son travail ont toujours été extrêmement bénéfiques. Et
j'associe Christine Errard à ces remerciements. Sa co-direction avec Alain Dejean de mes
travaux de DEA fut très profitable et je dois dire que je n'aurais rêvé mieux pour débuter dans
la recherche.
Toute ma reconnaissance au Professeur Pierre Jaisson pour me faire l'honneur de
présider le jury de cette thèse et pour m'avoir accueilli dans le laboratoire qu'il dirige.
Ma profonde gratitude au Professeur Abraham Hefetz; il a bien voulu être rapporteur de
ce travail. Et il me fait l'honneur de m'accepter à Tel Aviv, dans son laboratoire, pour un stage
postdoctoral.
Mes remerciements au Professeur Doyle McKey, spécialiste des relations entre plantes
et fourmis, pour avoir accepté de juger ce travail et d'en être rapporteur.
Le Docteur Pierre Escoubas a gentiment accepté de participer à l'expertise de cette
thèse; je l'en remercie vivement.
Toute ma reconnaissance au Professeur Dominique Fresneau pour avoir bien voulu
juger mon travail, pour son soutien, pour sa gentillesse, pour sa disponibilité et pour ses
conseils scientifiques tout au long de ces années.
Une grande partie de ce travail est le résultat de collaborations.
L'ensemble des études de terrain n'aurait pu se faire sans le superbe accueil et la
logistique du Laboratoire Environnement de Petit-Saut en Guyane.
Un grand merci à l'ensemble du personnel du Laboratoire de Biologie de l'École
Supérieure de Physique et de Chimie Industrielle, en particulier à Virginie Redeker, à Jean
Pierre Le Caer, à Jean Rossier, à Joëlle Vinh et Valérie Labas. Leur compétence dans le
domaine de la chimie des protéines ainsi que leur attention et leur gentillesse m'ont permis de
mener à bien les études sur le venin de fourmis et ce fut toujours un grand plaisir de travailler
en leur compagnie.
Arlette Longeon et Michelle Guyot du Laboratoire de Chimie des Substances Naturelles
du MNHN ainsi que François Krier et Anne-Marie Revol du Laboratoire de Fermentations et
de Bioconversions Industrielles de l'ENSAIA de Nancy m'ont précieusement piloté dans
toutes les expériences de bactériologie; ils sont ici chaleureusement remerciés.
Merci à tous les membres du LEEC pour leur amitié et leur soutien. Je n'oublie pas ceux
qui sont passés et qui sont ailleurs aujourd'hui. L'ambiance du labo fut agréable et les gâteaux
–2–
"faits maison" délicieux, ça réconforte beaucoup pendant les longs moments de rédaction. Je
n'oublie pas toute l'équipe technique du 5ème, ceux qui sont au plus près des fourmis.
Une pensée particulière à tous les étudiant(e)s ancien(ne)s ou actuel(le)s que j'ai pu
côtoyer à Paris 13, en espérant que leurs recherches et leurs projets d'avenir soient des plus
fructueux.
Ces remerciements vont également à Champlain, Maurice et Martin, dont les visites en
France furent toujours un grand plaisir. J'espère bien que l'on se verra bientôt au Cameroun.
Merci aussi à Alain pour ses conseils informatiques, linguistiques, et pour le coca, ainsi
qu'à Gilles pour son support moral et sa bonne humeur.
Un grand merci à Andrea Dejean pour sa patience durant toutes les heures passées à
corriger mes innombrables fautes d'anglais.
Ces remerciements s'adressent aussi tout particulièrement à toutes celles et ceux, loin
des préoccupations myrmécologiques, et qui grâce aux moments de détente que nous avons
passés ensemble, ont grandement contribué à la réalisation de ce travail.
Enfin, merci à mes parents pour leur soutien continu tout au long de mes études, pour
leurs encouragements et la très grande liberté qu'ils ont toujours su me laisser.
–3–
Table des matières
INTRODUCTION _______________________________________________________ 6
ORIGINE ÉVOLUTIVE ET ÉCOLOGIQUE DES FORMICIDÆ _________________________7
IMPORTANCE ACTUELLE DES ESPÈCES ARBORICOLES __________________________8
LES SOUS-FAMILLES "PRIMITIVES" ________________________________________9
PONERINÆ ET GENRE PACHYCONDYLA _____________________________________10
OBJECTIF GÉNÉRAL ___________________________________________________12
CHAPITRE 1 ÉCOLOGIE DE PACHYCONDYLA GOELDII ______________________ 14
MORPHOLOGIE DU PRÉTARSE ___________________________________________15
RÉPARTITION DES FOURMIS ARBORICOLES DANS LA CANOPÉE __________________18
La mosaïque des fourmis arboricoles __________________________________18
Caractéristiques des espèces dominantes _______________________________18
PLACE DE P. GOELDII _________________________________________________20
STATUT DE P. GOELDII ________________________________________________24
CONCLUSION ________________________________________________________25
CHAPITRE 2 NIDIFICATION ET RELATIONS INTERSPÉCIFIQUES ______________ 27
NOTION DE JARDIN DE FOURMIS _________________________________________29
HISTORIQUE ________________________________________________________30
INITIATION DES JARDINS DE FOURMIS _____________________________________30
CAS DE P. GOELDII ___________________________________________________32
Construction du nid ________________________________________________32
Transport des graines ______________________________________________33
L'attraction des graines est-elle basée sur des facteurs alimentaires ?_________33
Rôle des épiphytes et explication des préférences observées_________________34
LA PARABIOSE _______________________________________________________36
Espèces impliquées_________________________________________________36
Reconnaissance intercoloniale________________________________________37
–4–
PARASITISME________________________________________________________40
CONCLUSION ________________________________________________________42
CHAPITRE 3 ALIMENTATION, PRÉDATION ET VENIN _______________________ 44
ALIMENTATION ______________________________________________________46
Régime alimentaire et spécialisation ___________________________________46
Les espèces arboricoles _____________________________________________46
CAPTURE DES PROIES _________________________________________________49
RÔLE ET EFFETS DU VENIN _____________________________________________52
Rôle du venin chez les fourmis ________________________________________52
Relation entre venin et milieu arboricole________________________________53
Comparaisons qualitatives des venins __________________________________55
Caractérisation et comparaison des peptides insecticides __________________55
Multifonctions des peptides du venin : rôle antibactérien ___________________63
CONCLUSION ________________________________________________________64
CONCLUSION GÉNÉRALE ______________________________________________ 65
LISTE DES ARTICLES _________________________________________________ 69
ARTICLE 1 : RELATIONSHIPS BETWEEN PRETARSUS MORPHOLOGY AND ARBOREAL
LIFE IN PONERINE ANTS OF THE GENUS PACHYCONDYLA (FORMICIDÆ:
PONERINÆ) ______________________________________________________71
ARTICLE 2 : THE IMPORTANCE OF ANT GARDENS IN THE PIONEER VEGETAL
FORMATIONS OF FRENCH GUIANA _____________________________________83
ARTICLE 3 : ACTIVE ROLE OF TWO PONERINE ANTS IN THE ELABORATION OF ANT
GARDENS ________________________________________________________99
ARTICLE 4 : SELECTION OF EPIPHYTE SEEDS BY ANT-GARDEN ANTS _____________106
ARTICLE 5 : ANT GARDENS: INTERSPECIFIC RECOGNITION IN PARABIOTIC ANT
SPECIES ________________________________________________________118
ARTICLE 6 : MYRMECOPHILY IN HESPERIIDÆ: THE CASE OF VETTIUS TERTIANUS IN
ANT GARDENS ___________________________________________________131
ARTICLE 7 : PREY CAPTURE BEHAVIOR OF THE ARBOREAL PONERINE ANT
PACHYCONDYLA GOELDII (HYMENOPTERA: FORMICIDÆ) ___________________148
ARTICLE 8 : COMPARATIVE EFFECT OF THE VENOMS OF THE ANTS OF THE GENUS
PACHYCONDYLA (HYMENOPTERA: PONERINÆ) __________________________158
ARTICLE 9 : ANTIBACTERIAL PEPTIDES FROM THE VENOM OF THE ANT
PACHYCONDYLA GOELDII ___________________________________________169
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES _____________________________________ 189
–5–
INTRODUCTION
–6–
— Introduction —
Introduction
Origine évolutive et écologique des Formicidæ
La famille des Formicidæ est à l'heure actuelle représentée par plus de 10 000 espèces
réparties en 296 genres et 12 sous-familles (Bolton, 1994). Cette extrême diversité, associée à
leur présence dans la quasi totalité des écosystèmes de l'ensemble des continents, reflète bien
l'importance de leur succès écologique. Ce succès écologique n'est pas récent, il résulte d'une
longue évolution. Selon une étude récente basée sur les divergences de séquences d'ADN
mitochondriaux, Crozier et al. (1997) ont estimé que les fourmis seraient apparues au début
du Jurassique, il y a entre 150 et 220 millions d'années, bien que Grimaldi et al. (1997)
estiment que leur origine doit être inférieure à 140 millions d'années. Toutefois, le plus ancien
fossile connu dans la littérature n'est âgé que de 110 millions d'années environ (Brandão et al.,
1989; Hölldobler & Wilson, 1994; Crozier et al., 1997; Grimaldi et al., 1997). Quoi qu'il en
soit, il est communément admis que la radiation adaptative des fourmis ayant conduit à
l'apparition de l'ensemble des sous-familles actuelles et à leur dominance s'est déroulée avant
le début de l'ère tertiaire, pendant le Crétacé.
À leur origine, les fourmis constituaient très certainement un groupe purement terricole
(Malyshev, 1968). Deux raisons contribuent largement à cette vision. Tout d'abord, la très
grande majorité des espèces de fourmis appartenant aux sous-familles dites "primitives" sont
strictement terricoles avec généralement des nids de structure archaïque constitués par de
simples cavités préexistantes (Hölldobler & Wilson, 1990; Peeters, 1997). Les espèces ayant
des relations avec le milieu arboricole sont rares, la plupart ont un nid au sol et fourragent sur
les plantes (Lévieux, 1976b; Bennett & Breed, 1985; Hölldobler & Wilson, 1990; Verhaagh,
1994; Valenzuela-Gonzalez et al., 1995; Corbara & Dejean, 1996; Dejean & Olmsted, 1997;
Gobin et al., 1998a). De plus, les relations entre plantes et fourmis, condition nécessaire au
développement de la vie arboricole, impliquent très majoritairement des végétaux du sousembranchement des Angiospermes. Or, la diversification de ces plantes qui a abouti à leur
dominance de la flore actuelle s'est produite durant le Crétacé, il y a environ 100 millions
–7–
d'années, donc après la diversification des fourmis (Beattie, 1985). Notons toutefois que
quelques fougères actuelles présentent des structures adaptées aux relations avec les fourmis
(Tempel, 1983; Rashbrook et al., 1991; Koptur et al., 1998); les fougères étant apparues
durant le Carbonifère (ère primaire : -360 millions d'années). L'apparition de la vie arboricole
chez les fourmis, c'est à dire des relations entre autres mutualistes avec les plantes, est par
conséquent un caractère considéré comme développé secondairement. Par ailleurs, ce n'est
que parmi les sous-familles de fourmis considérées comme les plus "évoluées"
(Pseudomyrmecinæ, Myrmicinæ, Dolichoderinæ et Formicinæ) que l'on va retrouver la très
grande majorité des espèces strictement arboricoles.
Importance actuelle des espèces arboricoles
L'ensemble des études portant sur les arthropodes de la canopée des forêts tropicales
montre que les fourmis en constituent le groupe majeur, représentant jusqu'à 94 % des
individus et jusqu'à 50 % de la biomasse (Adis et al., 1984; Stork, 1987, 1991; Wilson, 1987;
Majer, 1990; Tobin, 1991; LaSalle & Gauld, 1993; Majer et al., 1994; Davidson & PatrellKim, 1996; Olson & Ward, 1996; Floren & Linsenmair, 1997; Lawton et al., 1998). Il existe
en plus une stratification assez stricte des espèces en fonction du milieu et aussi des étages de
la végétation (Brühl et al., 1998). De ce fait, la majorité des espèces arboricoles ne se
rencontre que dans ce milieu, bien que certaines soient opportunistes, surtout au niveau des
sols suspendus (Longino & Nadkarni, 1990). Ce remarquable succès écologique reflète bien
l'adaptation des espèces de fourmis arboricoles à cet environnement particulier.
Le milieu arboricole présente des caractéristiques propres qui le différencient nettement
du sol. Il s'agit tout d'abord d'un milieu fondamentalement tridimensionnel, où la composante
verticale a une importance très forte comparativement au sol (Richards, 1983). Parmi les
contraintes de la vie arboricole, le nombre limité de sites de nidification favorables et les
types de ressources alimentaires disponibles sont des facteurs importants à prendre en
considération. Enfin, les conditions microclimatiques du milieu arboricole sont différentes des
conditions du sol, il s'agit d'un milieu surtout plus sec où la rétention de l'eau est bien moindre
qu'au sol (Hölldobler & Wilson, 1990).
Les adaptations des fourmis à la vie arboricole vont donc reposer sur le développement
de caractéristiques leur permettant de pallier les contraintes propres à ce milieu, afin de
pouvoir en exploiter pleinement les ressources.
–8–
Les sous-familles "primitives"
Au sein des 12 sous-familles de fourmis certaines sont considérées comme "primitives"
pour être morphologiquement proches de la forme ancestrale dont le meilleur représentant
fossile est jusqu'à maintenant Sphecomyrma freyi (92 millions d'années) (Hölldobler &
Wilson, 1990; Agosti et al., 1997). Cette espèce présente en effet des caractères à la fois
propres aux fourmis, notamment la présence de glandes métapleurales, mais aussi des traits
ancestraux issus des guêpes non sociales. Cependant, une nouvelle espèce fossile,
Brownimecia clavata, récemment découverte dans les mêmes dépôts d'ambre, semble
représenter le plus ancien membre de la sous-famille des Ponerinæ (Grimaldi et al., 1997).
Trois sous-familles représentent cet ensemble des fourmis dites "primitives" :
Nothomyrmeciinæ, Myrmeciinæ et Ponerinæ, auxquelles peuvent être ajoutées les
Cerapachyinæ, désormais séparées des Ponerinæ (Baroni Urbani et al., 1992; Peeters, 1997).
Outre la morphologie proche de celle des guêpes, le faible dimorphisme entre reine et
ouvrières, quasi permanent chez ces fourmis "primitives" (Peeters, 1997), constitue
certainement un des caractères clé à l'origine des différences entre sous-familles "primitives"
et "évoluées". En effet, chez les espèces à fort dimorphisme, les reines de grande taille au
thorax très développé utilisent leurs propres réserves pour alimenter les premières larves. Ces
réserves sont constituées principalement par leurs graisses et la lyse des muscles alaires dont
l'utilité est caduque après la perte des ailes au début de la fondation. La fondation des
nouvelles colonies est alors dite claustrale, et seules les premières ouvrières produites à partir
des réserves de la reine doivent sortir pour approvisionner la colonie. Chez les sous-familles
"primitives", en conséquence du dimorphisme, la fondation de nouvelles colonies ne peut être
réalisée de façon claustrale car les réserves de la reine sont insuffisantes, de sorte que les
reines fondatrices sont obligées de sortir pour fourrager. Par ailleurs, ces reines ont souvent
une faible fertilité, entraînant la formation de colonies peu populeuses. Ces caractéristiques,
ajoutées à d'autres traits écologiques, physiologiques et comportementaux, forment un
ensemble d'éléments qui rapprochent ces espèces plutôt des guêpes sociales. De nombreuses
espèces "primitives" s'alimentent exclusivement de proies capturées solitairement par les
ouvrières fourrageuses dont le venin est de nature protéique (Schmidt, 1986; Hölldobler &
Wilson, 1990). Enfin, l'impossibilité d'effectuer des échanges trophallactiques et une
nidification de type primitif où la colonie utilise des structures préexistantes s'ajoutent aux
caractéristiques primitives de ces espèces (Peeters, 1997).
–9–
En conséquence, de nombreuses recherches sont menées sur des espèces appartenant à
ces sous-familles "primitives" mais présentant certains caractères qui se rencontrent
généralement chez les sous-familles "évoluées".
Ponerinæ et genre Pachycondyla
Parmi les fourmis "primitives", la sous-famille des Ponerinæ, riche de 42 genres et
d'environ 1300 espèces (Bolton, 1994) est de loin la plus importante et la plus diversifiée. En
comparaison, les sous-familles Nothomyrmeciinæ et Myrmeciinæ ne sont représentées que
par un seul genre chacune et respectivement 1 espèce et environ 90 espèces (Taylor, 1978;
Ogata, 1991). Bien qu'hétérogènes par de nombreux caractères, les Ponerinæ sont considérées
comme étant monophylétiques (Baroni Urbani et al., 1992; mais voir Hashimoto, 1991; Ward,
1994).
Parmi les Ponerinæ, le genre Pachycondyla, constitué de plus de 90 espèces, présente
lui aussi une grande hétérogénéité. Il résulte, à la suite des derniers travaux de W. Brown, de
la synonymie de plusieurs anciens genres (Bolton, 1995). Les espèces de ce genre présentent
des caractéristiques générales très comparables à celles des autres Ponerinæ, hormis quelques
exceptions.
Ainsi, le dimorphisme reine-ouvrières est généralement faible, à l'exception de P. (=
Brachyponera) lutea chez qui la taille relativement importante de la reine par rapport à celle
des ouvrières pourrait permettre une fondation claustrale des colonies (Haskins & Haskins,
1950; mais voir Lachaud & Dejean, 1991a). Les colonies ont de faibles effectifs pour la
plupart des espèces, mais elles peuvent atteindre plusieurs dizaines de milliers d'individus
chez P. luteola (Davidson & McKey, 1993; Verhaagh, 1994; Yu & Davidson, 1997). Cette
dernière, inféodée à Cecropia pungara, une plante à fourmis d'Amérique tropicale, présente
également d'autres caractères exceptionnels chez les Ponerinæ. Outre son association stricte
avec une plante myrmécophile, elle s'alimente de corps nourriciers, appelés corps de Müller,
sécrétés par la plante et elle n'est pas prédatrice au contraire de la plupart des autres espèces
de ce genre (Verhaagh, 1994). P. (= Brachyponera) senaarensis possède, elle aussi, une
alimentation constituée en partie d'éléments d'origine végétale. Mais cette espèce, en partie
granivore, n'en reste pas moins prédatrice (Lévieux & Diomandé, 1978; Dejean & Lachaud,
1994; Lachaud & Dejean, 1994).
– 10 –
Chez les fourmis, les prédateurs au sens strict appartiennent en grande majorité aux
ponérines. Beaucoup sont généralistes et capturent toutes sortes d'insectes et autres
arthropodes, mais la spécialisation alimentaire est assez fréquente chez les ponérines
(Hölldobler & Wilson, 1990). Cette spécialisation alimentaire (oligophagie) se rencontre
souvent chez l'ensemble des espèces d'un même genre ou affecte une espèce particulière. De
plus, l'oligophagie est dirigée vers des types de proies qui vivent au sol, souvent en
abondance. Il s'agit pour la majorité d'arthropodes impliqués dans la dégradation de la litière
et la reminéralisation du sol. Ainsi, les genres Leptogenys et Discothyrea sont respectivement
spécialisés dans la capture d'isopodes et la prédation d'œufs d'arthropodes, et Psalidomyrmex
procerus est un prédateur spécifique de vers de terre (Brown, 1957; Dejean, 1997; Dejean &
Evraerts, 1997; Dejean et al., 1999b, 1999e). Chez les Pachycondyla, il existe à la fois des
espèces polyphages (généralistes) et oligophages, ces dernières n'étant pas des cas
exceptionnels. Dans ce genre, la majorité des espèces oligophages est spécialisée dans la
capture de termites (Wheeler, 1936; Peeters & Crewe, 1987; Hölldobler & Wilson, 1990;
Agbogba, 1992; Dejean et al., 1993b, 1999f; Leal & Oliveira, 1995). Seule P. pachyderma
semble déroger à cette règle en étant un prédateur "semi-spécialiste" de centipèdes (Dejean et
al., 1999c, 1999f).
Malgré sa forte concentration chez les espèces dites "primitives", l'oligophagie est un
caractère considéré comme dérivé chez les fourmis. Bien que concentrée chez les ponérines,
la spécialisation alimentaire est également fréquente chez beaucoup d'espèces "évoluées",
mais dans ce cas, elle ne concerne pas le type de proies capturées. Il existe toutefois des
exceptions. Chez les myrmicines de la tribu des Dacetini et les formicines du genre
Myrmoteras, dont les mandibules fonctionnent comme des traquenards ("trap-jaws"), de
nombreuses espèces sont spécialisées dans la capture de collemboles (Moffett, 1986;
Hölldobler & Wilson, 1990). Dans le cas général, la proportion de substances sucrées
provenant de nectaires extrafloraux ou du miellat d'Homoptères est importante, voire
prépondérante. De même, la plupart des espèces de la tribu des Cephalotini (Myrmicinæ) et
certaines Pseudomyrmecinæ se nourrissent de pollen (Wheeler & Bailey, 1920; Hölldobler &
Wilson, 1990; Davidson, 1997).
Le mode de capture des proies varie aussi chez les ponérines. En règle générale, le
fourragement se fait de façon solitaire, mais certaines espèces ont développé des stratégies de
capture des proies en groupe (raids en masse), nécessitant une coopération entre les individus.
Ces raids font aussi intervenir des pistes pour le recrutement et l'orientation, phénomène rare
chez les ponérines. Chez les Pachycondyla, deux espèces ont développé une telle stratégie de
– 11 –
chasse, P. analis (= Megaponera foetens) et P. (= Paltothyreus) tarsata (Longhurst & Howse,
1979; Dejean et al., 1993a, 1993b; Hölldobler et al., 1994).
Quant au type de nidification, il est en règle générale très primitif. La quasi totalité des
espèces nidifient au sol dans des cavités préexistantes du bois mort. Peu d'espèces investissent
dans la construction d'un nid durable (voir Lévieux, 1976a; Peeters et al., 1994). Les espèces
nidifiant dans les arbres sont encore plus rares, la plupart se contentent d'occuper des sites
proches de ceux du sol (cavités du tronc ou des branches, sols suspendus). Cependant, c'est
parmi les Pachycondyla que se rencontrent la plupart de ces espèces arboricoles, en particulier
les deux seules connues jusqu'à présent pour avoir des relations spécifiques avec les plantes :
P. goeldii et P. luteola (Davidson & Fisher, 1991; Davidson & McKey, 1993; Corbara &
Dejean, 1996; Yu & Davidson, 1997).
Objectif général
Bien qu'il ne soit pas considéré comme le plus évolué parmi les Ponerinæ, le genre
Pachycondyla constitue, parmi les fourmis "primitives", un groupe assez particulier en raison
non seulement de son origine très ancienne (Rust & Moller Andersen, 1999), mais aussi de la
forte représentation d'espèces présentant des caractères plutôt évolués. Seules les espèces de la
tribu des Ectatommini, forme ancestrale possible des Myrmicinæ, et en particulier le genre
Ectatomma, semble avoir atteint un degré supérieur dans l'évolution des Ponerinæ. Ceci
s'observe par l'important dimorphisme entre reines et ouvrières, les effectifs importants des
colonies, ainsi que divers éléments comportementaux, morphologiques, de l'organisation
sociale et d'écologie (Brown, 1958; Fresneau et al., 1982; Baroni Urbani et al., 1992; Dejean
& Lachaud, 1992; Schatz, 1997).
Les études de l'évolution des Ponerinæ et de leur relations avec les autres sous-familles
portent sur des espèces qui présentent un ou plusieurs caractères considérés comme évolués.
Nombre des recherches menées jusqu'à présent sur ce thème se sont concentrées sur la
découverte d'espèces présentant des caractéristiques morphologiques évoluées et très peu se
sont attachées à démontrer le rôle d'autres facteurs, en particulier environnementaux. Parmi
ceux-ci, la vie arboricole, phénomène apparu secondairement chez les fourmis, en constitue
un bon exemple.
L'objectif général est donc ici de déterminer dans quelle mesure Pachycondyla goeldii,
une des rares espèces de Ponerinæ arboricole, peut être considérée comme une espèce
– 12 –
"évoluée", bien que faisant partie d'un genre et d'une sous-famille "primitive". Dans ce but,
nous avons cherché au travers d'études écologiques, comportementales et chimiques, à
caractériser les éléments de la biologie de cette espèce pouvant être considérés comme le
résultat d'une adaptation au milieu arboricole.
Ce travail s'organise en trois chapitres, dont le premier a pour but d'explorer les
caractéristiques morphologiques et écologiques de P. goeldii. Les capacités morphologiques
des espèces du genre Pachycondyla à évoluer dans le milieu arboricole seront abordées par
l'étude des extrémités des pattes, et en particulier des pelotes adhésives. Le caractère
arboricole de P. goeldii sera ensuite abordé par l'intermédiaire des relations entre cette fourmi
et son environnement, afin de dégager les caractéristiques écologiques de cette espèce.
Le deuxième chapitre est consacré au mode de nidification particulier de P. goeldii, à
savoir les jardins de fourmis. L'ensemble des comportements nécessaires à leur élaboration
sera étudié et comparé à ceux des autres espèces initiatrices des jardins de fourmis. Par
ailleurs, les relations interspécifiques en relation avec ce mode de nidification y seront aussi
abordées afin d'en analyser leurs significations évolutives.
Enfin, dans le troisième chapitre, nous nous intéresserons à l'alimentation de cette
espèce arboricole. Pour ce faire, nous avons analysé le mode de capture des proies de P.
goeldii et il sera comparé à ceux des autres espèces terricoles et arboricoles du même genre.
L'immobilisation des proies étant réalisée grâce à l'utilisation de venin, une étude
toxicologique et chimique des constituants sera aussi réalisée. Les résultats obtenus seront
interprétés non seulement en relation avec l'aspect offensif du venin, mais aussi en rapport
avec le milieu de vie des espèces.
– 13 –
CHAPITRE 1
ÉCOLOGIE DE PACHYCONDYLA GOELDII
– 14 –
— Chapitre 1 : Écologie de Pachycondyla goeldii —
Chapitre 1 : Écologie de Pachycondyla goeldii
➤ cf. article 1 : Relationships between pretarsus morphology and arboreal
life in ponerine ants of the genus Pachycondyla (Formicidæ: Ponerinæ)
J. Orivel, M.C. Malherbe & A. Dejean
Insectes Sociaux (soumis)
➤ cf. article 2 : The importance of ant gardens in the pioneer vegetal
formations of French Guiana
A. Dejean, B. Corbara, J. Orivel, R.R. Snelling, J.H.C. Delabie & M. Belin-Depoux
Sociobiology (2000) sous presse
Morphologie du prétarse
L'ensemble des observations effectuées sur le terrain ainsi que les rares citations dans la
littérature montrent que P. goeldii est une espèce strictement arboricole (Jeanne, 1979;
Benson, 1985; Davidson & Epstein, 1989). Or, les déplacements sur les plantes diffèrent des
déplacements au sol par au moins deux éléments en rapport avec la structure du milieu
arboricole.
Au sol, les fourmis peuvent se diriger dans toutes les directions, alors que les
déplacements sur les plantes sont simplifiés car les espèces arboricoles sont obligées de suivre
les branches. Par ailleurs, compte tenu de l'importance de la composante verticale, les
déplacements sur les plantes requièrent l'existence de structures morphologiques particulières
au niveau des extrémités des pattes, permettant une bonne adhésion lors des trajets verticaux,
ou à l'envers sous les branches et les feuilles. Pour les fourmis du sol, les griffes permettent
– 15 –
généralement un bon ancrage sur les surfaces rugueuses horizontales, voire inclinées. Par
contre, sur les surfaces lisses, telles que les feuilles, et pour tous les déplacements à l'envers,
les griffes ne sont plus suffisantes. Les espèces de fourmis arboricoles doivent donc posséder
des pelotes adhésives (arolium) bien développées pour avoir une bonne fixation au substrat
durant les trajets.
Dans ce contexte, nous avons donc effectué une étude comparative du prétarse de
plusieurs espèces de Pachycondyla, afin de mettre en évidence l'existence ou non de
différences entre les espèces terricoles et arboricoles (article 1). L'ensemble des espèces
arboricoles étudiées présente un arolium très développé, et certaines espèces terricoles
présentent également le même type de morphologie du prétarse. La présence de l'arolium
apparaît ainsi comme un caractère partagé par les espèces de Pachycondyla qui appartenaient
précédemment au genre Neoponera (Kempf, 1972). Chez l'ensemble des autres espèces
étudiées, toutes terricoles, l'arolium est absent ou très peu développé.
De plus, l'existence de l'arolium est strictement corrélée à la possibilité d'effectuer des
trajets verticaux ou à l'envers sur des surfaces lisses. Si l'arolium ne constitue pas un élément
déterminant pour distinguer les espèces arboricoles, il est tout de même un pré-requis
indispensable aux déplacements et à la capture de proies sur des surfaces lisses telles que les
feuilles (Freeland et al., 1982; Wojtusiak et al., 1995).
D'une façon générale, l'ensemble des fourmis arboricoles, à une exception près,
possèdent des pelotes adhésives leur permettant d'adhérer à tous les supports, bien que la
majorité des autres espèces n'en soit pas dépourvue pour autant. Les rares espèces de fourmis
dépourvues d'arolium appartiennent à la sous-famille des Ponerinæ et elles sont strictement
terricoles, à l'exception de Rhytidoponera aspera dont les déplacements sur les feuilles sont
sans nul doute difficiles (Freeland et al., 1982). La présence de pelotes adhésives est avérée
chez les autres familles d'Hyménoptères (y compris guêpes et abeilles); elles sont considérées
comme un caractère ancestral conservé par la majorité des espèces de fourmis (Snodgrass,
1956; Freeland et al., 1982; Billen, 1986; Conde-Boytel et al., 1989). L'absence d'arolium
chez les rares espèces incapables de se déplacer sur les surfaces lisses peut par conséquent
être vue comme une régression. L'existence de l'arolium chez la très grande majorité des
fourmis permet à certaines espèces du sol de monter sur les plantes pour récolter des
substances liquides (nectar ou miellat), voire même de fourrager exclusivement dans les
arbres tout en ayant un nid au sol, à la base du tronc (Bennett & Breed, 1985; ValenzuelaGonzalez et al., 1995; Weseloh, 1995).
– 16 –
Sous-famille
Genre
Région(s) géographique(s) où le genre fait
partie des fourmis arboricoles dominantes
Formicinæ
Camponotus
Oecophylla
Plagiolepis
néotropicale, orientale
afrotropicale, orientale, australienne
orientale
Dolichoderinæ
Azteca
Dolichoderus
Technomyrmex
néotropicale
néotropicale, orientale
afrotropicale, orientale
Myrmicinæ
Crematogaster
Myrmicaria
Atopomyrmex
Tetramorium
Wasmannia
Cephalotes
Monomorium
Paratrechina
Pheidole
afrotropicale, néotropicale, orientale
orientale
afrotropicale
afrotropicale
néotropicale
néotropicale
afrotropicale
afrotropicale
afrotropicale
Tableau 1. Genres auxquels appartiennent les principales espèces arboricoles dominantes
citées dans la littérature (Room, 1971; Majer, 1972, 1976, 1993; Leston, 1973,
1978; Adis et al., 1984; Majer & Camer-Pesci, 1991; Adams, 1994; Dejean et al.,
1994, 1997b, 1999a; Majer et al., 1994; de Medeiros et al., 1995a, 1995b;
Davidson & Patrell-Kim, 1996; Floren & Linsenmair, 1997; Orivel et al., 1998a).
– 17 –
Répartition des fourmis arboricoles dans la canopée
La mosaïque des fourmis arboricoles
Au niveau de la canopée des forêts tropicales et dans les plantations, les fourmis
arboricoles peuvent être réparties en plusieurs catégories en fonction de critères biologiques et
comportementaux (Room, 1971; Majer, 1972, 1976, 1993; Leston, 1973, 1978; Dejean et al.,
1994; Mercier, 1999; Tschinkel & Hess, 1999). On distingue ainsi des espèces dites
"dominantes" dont les caractéristiques communes sont d'être organisées en sociétés
polydomiques très populeuses et de présenter une agressivité intraet interspécifique très
forte, excluant tout intrus de leur territoire. En conséquence, les territoires de chacune de ces
espèces sont juxtaposés et composent une mosaïque tridimensionnelle. Cette mosaïque est
donc le résultat de la compétition territoriale entre les espèces, à quoi s'ajoute un facteur
attractif des plantes supports intervenant dans l'installation des colonies (Djiéto-Lordon &
Dejean, 1999).
Les espèces dominantes peuvent tolérer d'autres espèces de fourmis dites "nondominantes" à l'intérieur de leurs territoires. Ces dernières sont caractérisées par des colonies
de faible effectif et un niveau d'agressivité plus faible. Dans des conditions favorables (par
exemple en l'absence de dominante), certaines non-dominantes sont capables d'acquérir
localement le statut de dominante et sont appelées sub-dominantes (Majer, 1972).
Caractéristiques des espèces dominantes
Les espèces dominantes forment la grande majorité des fourmis arboricoles en terme de
biomasse, mais elles sont peu diversifiées. Elles appartiennent presque exclusivement à trois
sous-familles : Formicinæ, Dolichoderinæ et Myrmicinæ. De plus, seuls quelques genres de
ces sous-familles constituent ce groupe particulier (Tableau 1). Deux espèces de Ponerinæ,
Ectatomma tuberculatum et Paraponera clavata, ont été également citées comme possible
dominantes (Leston, 1978; Majer, 1993; Majer et al., 1994; Davidson & Patrell-Kim, 1996).
Cependant, E. tuberculatum semble pouvoir n'acquérir ce statut que dans les plantations du
fait de conditions environnementales favorables. La faible hauteur des arbres ainsi que la
présence des nids au pied des troncs pourraient favoriser cette espèce et permettre aux
colonies d'occuper tout un arbre (Orivel et al., 1998a). La rareté de Pa. clavata en tant que
dominante suggère qu'elle est plutôt une espèce non-dominante pouvant acquérir le statut de
sub-dominante.
– 18 –
En plus des critères permettant de les distinguer des autres espèces (sociétés très
importantes et forte agressivité), les espèces régulièrement dominantes partagent un ensemble
de caractéristiques communes à la fois morphologiques, physiologiques et comportementales
qui sont sans aucun doute à la base de leur succès écologique (Davidson & Patrell-Kim, 1996;
Davidson, 1997; Brühl et al., 1998; Orivel & Dejean, 1999a). L'élément déterminant à
l'origine de ces différences réside dans le type de ressource alimentaire exploitée. En effet, ces
espèces dominantes se nourrissent principalement de nectar provenant des nectaires
extrafloraux des plantes ou de miellat d'Homoptères (Dejean et al., 1991; Tobin, 1991, 1994;
Davidson & Patrell-Kim, 1996). Il s'agit de produits très riches en sucres et pauvres en azote
(Bentley, 1977; Schemske, 1982; Beattie, 1985; Völkl et al., 1999). L'exploitation de ces
sources alimentaires a nécessairement des conséquences sur la croissance et sur la
reproduction des colonies, sachant l'importance de l'azote en tant que facteur limitant.
L'obtention de l'azote nécessaire implique l'exploitation de volumes importants de liquides.
D'un point de vue morphologique, il est intéressant de constater que le système digestif de la
plupart des dominantes présente un proventricule modifié et que leur cuticule est plus fine, ce
qui traduit un investissement moins important en protéines (Wheeler, 1910; Eisner, 1957;
Davidson, 1997). Ces modifications permettent aux individus fourrageurs de transporter de
grands volumes de liquide et de les retenir dans le jabot afin de pouvoir les distribuer à la
colonie. Le venin de beaucoup de ces espèces diffère de celui des autres fourmis par la nature
de ses composés dépourvus d’azote (Blum & Hermann, 1978a, 1978b; Schmidt, 1986; Daloze
et al., 1987, 1991; Merlin et al., 1992).
Les espèces dominantes ont développé des adaptations en relation avec leur mode
d’alimentation, induisant des économies d’azote au niveau individuel et permettant ainsi un
développement plus important de la colonie. L’exploitation de ce type de ressource
alimentaire est aussi favorisé par le mode de nidification de ces fourmis. En effet,
l'élaboration d'un nid indépendamment de toute structure fournie par la plante procure de
nombreux avantages, bien qu'elle demande un investissement énergétique important. Ces
types de nids permettent aux fourmis de "choisir" le site de nidification et donc de construire
le nid sur des plantes apportant les meilleures ressources, soit parce qu'elles possèdent des
nectaires extrafloraux, soit parce qu'elles favorisent l'élevage de certains Homoptères. La
polydomie des colonies rend possible l'exploitation de ressources plus nombreuses avec une
moindre dépense d'énergie en plaçant des parties de la colonie à proximité des sources
alimentaires (Hölldobler & Lumdsen, 1980; Delabie et al., 1991; Davidson, 1997). Par
ailleurs, si une partie des sucres de l’alimentation est destinée à la synthèse des molécules
– 19 –
nécessaires à la survie et au métabolisme des individus, une quantité importante se trouve en
excès. Cet excès peut servir de source d'énergie permettant aux individus de développer une
activité et une agressivité importantes en relation avec leur forte défense territoriale tant au
niveau inter- qu’intraspécifique (Davidson, 1997, 1998).
La distribution des espèces dominantes selon une mosaïque tridimentionnelle se
retrouve dans l'ensemble des forêts et des plantations des régions tropicales, mais cette
mosaïque est absente dans les régions tempérées. Les changements climatiques saisonniers et
en particulier les basses températures hivernales en sont la cause principale, car ils rendent
impossible la nidification des fourmis dans les arbres. Dans les zones pionnières ou perturbées
(zones de lisières, bords des rivières, forêts secondaires), la mosaïque est beaucoup moins
bien définie et son apparition est fonction de l'âge des formations. Il en est de même en forêt
où, après l'élimination des espèces dominantes, la recolonisation du milieu est lente (Dejean et
al., 1994; Floren & Linsenmair, 1997; Lawton et al., 1998; Tschinkel & Hess, 1999). La
mosaïque des fourmis arboricoles est donc un système dont la mise en place se fait
progressivement et lentement. Bien que le taux de renouvellement des espèces dominantes
soit faible, il s'agit d'un système dynamique résultant de la forte compétition territoriale.
Dans ce contexte, on peut se demander quels sont et la place et le statut de P. goeldii ?
Place de P. goeldii
P. goeldii est une espèce peu fréquente en forêt primaire. Elle n'a été recensée que très
rarement au niveau de l'étage supérieur de la canopée (Orivel et al., 1998a; Dejean et al.,
1999a) et dans la littérature, elle est mentionnée comme une espèce habitant les zones
secondaires (Jeanne, 1979; Benson, 1985; Davidson & Epstein, 1989). Il s'agit donc d'une
fourmi qui préfère apparemment les sites très ensoleillés. Sa présence semble également
toujours associée aux jardins de fourmis. Ce mode de nidification sera abordé et détaillé
ultérieurement, dans le chapitre 2.
En Guyane française, P. goeldii est l'une des toutes premières espèces à s'installer dans
les zones pionnières (lisières de forêt). En effet, à part les associations Cecropia-Azteca,
P. goeldii est la seule fourmi arboricole présente dès le début de la recolonisation des zones
défrichées (article 2). Dans les zones âgées de 4 ans, les jardins de fourmis observés, habités
par cette espèce, sont tous aux premiers stades de développement, témoignant d'une
installation récente. Le vieillissement des formations pionnières s'accompagne de l'arrivée
– 20 –
Espèces de fourmis
Nombre de jardins Pourcentage
Pachycondyla goeldii
Pachycondyla goeldii/Pseudomyrmex spp.
Pachycondyla goeldii/Crematogaster sp.
Pachycondyla goeldii/Wasmannia auropunctata
P. goeldii/Zacryptocerus maculatus/Pseudomyrmex sp.
P. goeldii/Crematogaster sp. limata/Brachymyrmex balboae
P. goeldii/Dolichoderus sp. SJ/Camponotus abdominalis
P. goeldii/Camponotus rapax/Pseudomyrmex sp.
Wasmannia auropunctata
Wasmannia auropunctata/Pseudomyrmex spp.
Wasmannia auropunctata/Camponotus rapax
Wasmannia auropunctata/Camponotus novogranadensis
Azteca chartifex
Azteca chartifex/Camponotus novogranadensis
Dolichoderus bispinosus
Dolichoderus bispinosus/Odontomachus mayi
D. bispinosus/Odonto. mayi/Campo. novogranadensis
D. bispinosus/Crematogaster limata parabiotica
D. bispinosus/W. auropunctata/Brachymyrmex balboae
D. bispinosus/Solenopsis saevissima/Pheidole sp.
Dolichoderus sp. SJ
Camponotus abdominalis
Camponotus abdominalis/Pseudomyrmex sp. 7
Camponotus novogranadensis
Pachycondyla villosa
Solenopsis saevissima
Zacryptocerus maculatus
Camponotus rapax
Dolichoderus bidens/Pseudomyrmex sp. 4
Crematogaster sp. limata/Pheidole caffeicola
Dendromyrmex chartifex
Pseudomyrmex sp. 7
Pas de fourmis
TOTAL
56
4
1
4
1
1
1
1
42
4
1
3
11
1
16
10
1
2
1
1
13
10
1
6
5
3
2
2
1
1
1
1
39
22.7
1.6
0.4
1.6
0.4
0.4
0.4
0.4
17
1.6
0.4
1.2
4.5
0.4
6.5
4.1
0.4
0.8
0.4
0.4
5.3
4.1
0.4
2.4
2
1.2
0.8
0.8
0.4
0.4
0.4
0.4
15.8
247
Tableau 2. Distribution des espèces de fourmis habitant les 247 jardins répartis sur les 125
arbres échantillonnés de la plantation. Lorsque plusieurs espèces ont été recensées
dans le même jardin, la première citée était la principale, alors que les autres
nidifiaient dans des zones vacantes.
– 21 –
d'un plus grand nombre d'espèces de fourmis arboricoles et notamment des autres espèces
inféodées aux jardins de fourmis. En conséquence, la proportion des jardins habités par
P. goeldii diminue en faveur notamment de ceux habités par Camponotus femoratus et/ou
Crematogaster limata parabiotica. Si P. goeldii est encore la plus fréquente dans les
formations de 7 ans d'âge, elle se raréfie fortement dans les zones âgées de 10 ans.
Au vu de ces résultats, deux hypothèses peuvent être envisagées concernant la
disparition progressive des jardins habités par P. goeldii. Le vieillissement de ces formations
végétales est en effet accompagné non seulement par l'arrivée de nombreuses autres espèces
arboricoles, mais aussi par une fermeture du milieu en raison de la croissance des plantes. La
raréfaction de P. goeldii peut donc être le résultat soit de la compétition interspécifique, soit
de changements qualitatifs du milieu qui la défavoriseraient. La rareté des sites de
nidification, facteur limitant majeur dans le milieu arboricole, peut s'avérer importante surtout
dans les zones pionnières où les épiphytes et le bois mort sont rares. Cependant, même si dans
les formations de 10 ans, l'apparition d'espèces opportunistes dans les jardins suggère que la
compétition pour les sites de nidification intervient, l'action de la compétition interspécifique
est probablement d'une autre nature. En effet, les espèces recensées dans ces formations
pionnières sont connues en majorité pour leur capacité à établir leurs nids de façon
indépendante (article 2). La compétition doit donc être vue plutôt sous un aspect territorial et
alimentaire au détriment de P. goeldii.
L'hypothèse alternative concernant la raréfaction de P. goeldii liée au vieillissement des
formations, provient de la nature du milieu. Avec la croissance des arbres de lisières, le milieu
a une tendance à se fermer. Or, P. goeldii semble une espèce de milieux ouverts, c'est à dire
très ensoleillés, comme en témoigne sa présence au sommet de la canopée et sa forte
représentation dans les formations très jeunes (Orivel et al., 1998a; Dejean et al., 1999a;
article 2). La fermeture du milieu pourrait donc soit défavoriser les colonies déjà établies au
profit des autres fourmis, soit ne pas être favorable à l'installation de nouvelles colonies et
ainsi expliquer la diminution de la fréquence des jardins qu'elle habite. S'il semble difficile de
déterminer l'importance relative de ces deux derniers facteurs, le vieillissement des formations
semble l'élément déterminant. En effet, les relevés des fourmis habitant les jardins de fourmis
dans une plantation de pamplemoussiers âgée de 25 ans démontrent que P. goeldii en est la
principale (Tableau 2; Dejean et al., 1997a). Or, ce milieu possède la particularité d'être
fortement ensoleillé. La présence de P. goeldii dans une telle formation permet de conclure
que la compétition ne joue qu'un faible rôle dans sa disparition des formations pionnières et
que les facteurs climatiques sont prépondérants.
– 22 –
%
40
30
20
10
0
W.
auropunctata
A.
chartifex
Do.
bidens
Z.
maculatus
C.
sanctaefidei
Do.
bispinosus
De.
chartifex
Pas de
dominante
Figure 1. Répartition des jardins de fourmis habités par P. goeldii en fonction des 7 espèces
dominantes répertoriées dans la plantation (N = 46 jardins).
– 23 –
La comparaison des formations pionnières et de la plantation met aussi en évidence
l'importance de la nature du milieu pour le développement des colonies de C. femoratus et
Cr. l. parabiotica. En effet, ces deux espèces, qui vivent très souvent associées en parabiose
(voir chapitre 2), sont absentes de la plantation et des zones très jeunes, alors que leurs jardins
deviennent les plus fréquents dans les formations plus âgées. Par ailleurs, ces espèces sont
fréquentes en forêt où elles font partie des dominantes et s'installent juste sous la canopée
dans des lieux ombragés (obs. pers.; voir aussi Davidson, 1988).
Statut de P. goeldii
Le caractère pionnier de cette espèce fait qu'elle s'installe dans des milieux le plus
souvent dépourvus de toute autre fourmi arboricole. Par ailleurs, sa rapide disparition ne lui
permet pas d'avoir un statut de dominante, au moins dans ce type de milieu. Par contre, sa
présence dans la plantation de pamplemoussiers permet d'en savoir un peu plus sur son statut,
même si les espèces dominantes ne sont comparables à celles qui se rencontrent en forêt que
dans une certaine mesure (voir Orivel et al. (1998a) pour la mosaïque des fourmis de la forêt
environnante). La répartition des jardins habités par P. goeldii en fonction des espèces
dominantes montre qu'il s'agit plutôt d'une espèce non-dominante (Figure 1). Seules 11% des
colonies étaient installées sur des arbres dépourvus de dominante. Dans certains cas, les
colonies peuvent atteindre une taille importante pour des Ponerinæ et elles peuvent être
polydomiques (voir article 5); ce qui permet à ces sociétés d'atteindre parfois le statut de subdominante.
Les colonies peuvent être localisées sur des arbres occupés par la majorité des
dominantes présentes dans la plantation, à l'exception de Dolichoderus bispinosus et
Dendromyrmex chartifex. La rareté de cette dernière en tant que dominante (2 arbres sur 60)
n'autorise cependant aucune conclusion quant à son association avec P. goeldii. Par contre,
Do. bispinosus est l'une des principales dominantes et elle occupe très souvent des jardins de
fourmis. Cette dernière particularité est probablement à la base de sa non tolérance vis-à-vis
des jardins de P. goeldii sur les territoires qu'elle occupe, car les deux espèces se trouvent en
compétition pour les mêmes sites de nidification. La tendance des espèces dominantes à ne
tolérer sur leurs territoires que certaines espèces non-dominantes est aussi un phénomène
fréquent (Room, 1971).
– 24 –
L'association de P. goeldii avec les autres dominantes, en particulier Wasmannia
auropunctata, montre par ailleurs que cette espèce est capable de résister à la compétition
interspécifique. En effet, W. auropunctata, originaire d'Amérique intertropicale, est aussi une
"tramp species" qui envahit les zones qu'elle colonise en déplaçant les espèces natives (Clark
et al., 1982; Lubin, 1984; Passera, 1994; Tennant, 1994). Cependant, la rareté de P. goeldii au
niveau de la canopée des forêts et ceci malgré la similarité du milieu avec celui de la
plantation, suggère que la compétition avec les dominantes forestières (surtout des Azteca,
Orivel et al., 1998a; Dejean et al., 1999a) peut être plus difficile.
Conclusion
La quasi-totalité des fourmis sont morphologiquement capables d'avoir un mode de vie
arboricole. Si les dominantes présentent des particularités anatomiques corrélées à leur statut,
l'adaptation à la vie arboricole de la grande majorité des autres espèces ne repose pas sur des
changements morphologiques. Par conséquent, même les espèces des sous-familles
"primitives" ont la possibilité d'avoir un mode de vie arboricole et les adaptations des espèces
ayant développé des relations avec les plantes doivent être plutôt recherchées au niveau
comportemental et au niveau physiologique.
P. goeldii est une espèce arboricole qui colonise les zones pionnières très jeunes et qui
occupe exclusivement les jardins de fourmis. Le cycle de vie de cette espèce peut donc être
résumé de la façon suivante :
-
les reines fondatrices s'installent dans les sites les plus exposés à l'ensoleillement, ce
qui entraîne,
-
une distribution des colonies dans les formations pionnières et au niveau de l'étage
le plus haut de la végétation.
-
Étant donné la monogynie des colonies (Corbara et al., 1999a) et la faible longévité
de la plupart des reines de Ponerinæ (Keller & Genoud, 1997; Keller, 1998), les
colonies n'ont pas une longue durée de vie. Sa disparition progressive, corrélée avec
la fermeture du milieu, apparaît alors comme le résultat du non renouvellement des
sociétés.
-
Cette espèce peut cependant se maintenir dans les plantations où elle possède un
statut de non-dominante, associée à la plupart des espèces dominantes.
– 25 –
À ce stade, nous pouvons nous demander quels peuvent être les bénéfices de la
colonisation des zones pionnières ?
Les plantes se développant dans ces formations possèdent souvent des structures
nutritives (nectaires extrafloraux ou corps nourriciers) destinées à attirer les fourmis qui, en
contrepartie, les protègent contre les attaques des herbivores (Bentley, 1976, 1977; Oliveira,
1997; de la Fuente & Marquis, 1999). En effet, l'investissement de ces végétaux dans la
production de molécules anti-insectes est faible comparé à celui des arbres des forêts et leur
association avec les fourmis peut être avantageuse (Hallé, 1998). Concernant P. goeldii, les
substances sucrées ne représentent qu'une fraction mineure de son alimentation (voir chapitre
3) et elle est le plus souvent associée à des plantes qui ne possèdent pas de nectaires (Orivel et
al., 1996). La colonisation de milieux dépourvus de compétiteurs ne peut pas être exclue, bien
que sa présence fréquente dans la plantation démontre une capacité à résister à la compétition
interspécifique. La raison pourrait résider, comme nous allons le voir, dans son mode de
nidification strictement lié aux jardins de fourmis.
Ceci amène la question suivante : P. goeldii est-elle bien à l'origine des jardins de
fourmis qu'elle occupe comme le suggère son caractère d'espèce pionnière arrivant avant les
autres fourmis arboricoles ?
– 26 –
CHAPITRE 2
NIDIFICATION ET RELATIONS INTERSPÉCIFIQUES
– 27 –
— Chapitre 2 : Nidification et relations interspécifiques —
Chapitre 2 : Nidification et relations interspécifiques
➤ cf. article 3 : Active role of two ponerine ants in the elaboration of ant
gardens
J. Orivel, A. Dejean & C. Errard
Biotropica (1998) 30 : 487-491
➤ cf. article 4 : Selection of epiphyte seeds by ant-garden ants
J. Orivel & A. Dejean
Ecoscience (1999) 6 : 51-55
➤ cf. article 5 : Ant gardens: interspecific recognition in parabiotic ant
species
J. Orivel, C. Errard & A. Dejean
Behavioral Ecology and Sociobiology (1997) 40 : 87-93
➤ cf. article 6 : Myrmecophily in Hesperiidæ: the case of Vettius tertianus
in ant gardens
Comptes Rendus de l'Académie des Sciences (soumis)
– 28 –
Notion de jardin de fourmis
Les relations entre fourmis et plantes sont très diverses; elles vont de l'herbivorie
jusqu'au mutualisme (Huxley, 1991). Les interactions mutualistes, les plus fréquentes,
peuvent être divisées en deux grandes catégories en fonction du nombre de partenaires
impliqués. Les plantes possédant des nectaires extrafloraux sont nombreuses et attirent de
façon non spécifique une grande diversité de fourmis (Barton, 1986; Koptur, 1991; Oliveira &
Brandão, 1991; Oliveira et al., 1995; Pemberton, 1998; Rickson & Rickson, 1998; de la
Fuente & Marquis, 1999). De la même manière, les graines de nombreuses espèces de plantes
sont dispersées par les fourmis. Ce type d'interaction est aussi très souvent non spécifique. Les
fourmis sont attirées par l'élaiosome attaché à la graine et le consomment, alors que les
graines sont rejetées intactes (Buckley, 1982; Westoby et al., 1991). À l'inverse, d'autres
relations mutualistes sont très spécifiques et résultent d'une coévolution entre une ou quelques
espèces de fourmis et une plante (Janzen, 1966; Fiala et al., 1991; Davidson & McKey, 1993;
Treseder et al., 1995; Yu & Davidson, 1997; Federle et al., 1998; Gaume & McKey, 1998;
Moog et al., 1998; McKey et al., 1999; Meunier et al., 1999; Stanton et al., 1999). La
majorité de ces interactions mutualistes bénéficient aux plantes impliquées par l'intermédiaire
de la protection apportée par les fourmis contre les attaques des herbivores ou contre
l'envahissement des plantes supports par d'autres végétaux (Janzen, 1972; Bentley, 1976,
1977; Davidson et al., 1988; Vasconcelos, 1991; Gaume et al., 1997; Oliveira, 1997;
Agrawal, 1998; Gaume & McKey, 1998, 1999; Koptur et al., 1998; Renner & Ricklefs, 1998;
Agrawal & Dubin-Thaler, 1999; de la Fuente & Marquis, 1999). Toutefois, la frontière entre
mutualisme et parasitisme est quelquefois difficilement décelable et la protection apportée par
les fourmis peut être contrebalancée par certains facteurs comportementaux et alimentaires
des espèces résidentes (Letourneau, 1991; Gaume et al., 1998; Suarez et al., 1998; Yu &
Pierce, 1998; Stanton et al., 1999).
Parmi l'ensemble de ces associations entre fourmis et plantes, les jardins de fourmis
représentent certainement l'une des plus complexes (Buckley, 1982; Kleinfeldt, 1986). Ils ne
se rencontrent qu'en Amérique tropicale et peuvent être rapidement définis comme des
agrégats d'épiphytes assemblés par les fourmis. Cette notion de complexité provient de la
nature plurispécifique de l'association. En effet, les jardins de fourmis mettent en jeu plusieurs
participants de chaque côté et peuvent alors apparaître comme une association peu spécialisée
à cause du nombre d'espèces impliquées. Mais il s'agit aussi d'une relation spécifique car
– 29 –
beaucoup d'épiphytes et de fourmis ne se retrouvent pas ailleurs. De plus, l'existence
d'associations particulières et fréquentes entre deux espèces de fourmis au sein du même
jardin, appelées parabioses, ajoute à cette complexité.
Historique
Les jardins de fourmis ont été décrits pour la première fois par Ule (1901). Selon cet
auteur, les fourmis étaient à l'origine de ces associations en construisant d'abord un nid en
carton, puis en y intégrant des graines d'épiphytes (Ule, 1905, 1906). Le développement des
plantes aboutit à la formation de jardins suspendus dans lesquels nidifient les fourmis. Par la
suite, Wheeler (1921) réfuta cette hypothèse et postula que les épiphytes étaient à l'origine des
jardins de fourmis. Suivant ce raisonnement, les fourmis ne font que coloniser des sites
favorables de nidification, comme le ferait toute autre espèce arboricole ou terricole, sans que
la capacité de construire un nid en carton et de transporter et planter les graines d'épiphytes ne
soient nécessaires.
Aujourd'hui, même si les deux possibilités peuvent être admises (Belin-Depoux, 1991),
l'hypothèse de Ule est très largement adoptée et elle est corroborée expérimentalement.
Initiation des jardins de fourmis
De nombreuses espèces de fourmis peuvent habiter les jardins de fourmis, mais très peu
sont capables de les initier. L'initiation d'un jardin requiert trois éléments indispensables.
-
Les fourmis doivent être capables de construire un nid en carton à partir de fibres
végétales et d'humus;
-
d'y intégrer les graines des épiphytes avec lesquels elles sont associées en milieu
naturel et,
-
que ces graines germent et que les plantules se développent; autrement dit, que le
carton soit de nature à permettre la croissance des plantes.
La construction de carton est un phénomène assez répandu chez les fourmis arboricoles.
Le carton peut être utilisé pour construire le nid, mais aussi pour former des abris autour des
populations d'Homoptères élevées pour leur miellat (Longino, 1986; Davidson & Epstein,
– 30 –
1989; Hölldobler & Wilson, 1990; Fowler et al., 1996). Malgré ceci, peu d'espèces de fourmis
sont connues pour initier des jardins. Jusqu'à présent cette capacité n'a été démontrée que chez
quatre espèces : Camponotus femoratus, Crematogaster limata parabiotica, Cr. longispina et
Azteca traili (Kleinfeldt, 1978, 1986; Davidson, 1988). Ces espèces sont en effet capables
d'une part de construire des nids en carton (bien que cette capacité soit discutée pour Cr. l.
parabiotica) et d'autre part d'y intégrer les graines des épiphytes entrant dans la composition
des jardins. L'initiation des jardins ne peut être complète que si ces graines germent et si les
plantules se développent. En effet, Dolichoderus bidens construit bien ses nids en carton et
récupère les graines des épiphytes, mais ces graines ne germent pas. La localisation des nids
sous les feuilles rendent le milieu trop sec pour permettre la germination et/ou le
développement des plantules (Davidson, 1988; Davidson & Epstein, 1989).
Parmi les 15500 espèces d'épiphytes néotropicaux, seules une vingtaine d'espèces
appartenant à dix familles différentes sont observées régulièrement dans les jardins de fourmis
(Madison, 1977, 1979; Kleinfeldt, 1986; Belin-Depoux, 1991). La plupart possèdent des
caractéristiques communes qu'elles ne partagent pas avec les autres espèces du même genre et
qui semblent résulter de leur association avec les fourmis. Leurs fruits sont charnus avec des
graines de petite taille auxquelles est attaché un élaiosome. De plus, la plupart de ces espèces
sont autogames, évitant ainsi une dépendance vis-à-vis de pollinisateurs qui pourraient être
exclus par l'agressivité des fourmis (Macedo & Prance, 1978; Madison, 1979).
L'association entre les espèces de fourmis initiatrices et les épiphytes dans les jardins est
le résultat d'un mutualisme (Buckley, 1982; Kleinfeldt, 1986). Les avantages de cette
association sont clairs pour les épiphytes. Non seulement les épiphytes bénéficient de la
dispersion des graines dans des lieux les plus favorables pour leur germination et pour leur
développement, mais encore ils profitent de la protection apportée par les fourmis contre les
herbivores (Kleinfeldt, 1986; Davidson & Epstein, 1989). En revanche, les bénéfices semblent
plus ambigus du côté des fourmis. Les élaiosomes des graines sont toujours consommés avant
qu'elles ne soient plantées dans le carton, et beaucoup d'épiphytes des jardins possèdent des
nectaires extrafloraux. Cependant, même si la part de substances liquides est importante dans
l'alimentation de ces fourmis, la quantité fournie par les épiphytes de leurs jardins ne constitue
qu'un apport minime. Le bénéfice principal serait plutôt de nature structurale. En effet, les
racines des épiphytes colonisent le carton du nid et en rigidifient la structure. De plus, elles
absorbent l'eau provenant des précipitations et les feuilles forment une barrière physique plus
ou moins efficace contre les fortes pluies (Yu, 1994).
– 31 –
Cas de P. goeldii
Les ponérines rencontrées dans les jardins de fourmis sont peu nombreuses (Kleinfeldt,
1986). Elles sont classiquement considérées comme des espèces opportunistes qui vont
coloniser des jardins abandonnés comme tout autre site favorable. Si cela est très certainement
le cas pour la majorité des espèces recensées dans les jardins, il s'avère que P. goeldii est bien
capable de les initier.
Cette espèce n'avait été auparavant recensée qu'en association avec une des deux
espèces d'épiphytes, Aechmea mertensii (Bromeliaceæ) ou Anthurium gracile (Araceæ)
(Benson, 1985; Davidson & Epstein, 1989). Pour chacune de ces deux observations, les
colonies de P. goeldii étaient toujours associées à des épiphytes bien développés, ce qui
laissait penser que l'installation de la plante précédait sa colonisation par les fourmis.
Cependant, durant un inventaire des fourmis habitant les jardins de fourmis, Corbara &
Dejean (1996) ont montré que P. goeldii était bien à l'origine des jardins de fourmis qu'elle
habitait. En effet, toutes les étapes, depuis le nid en carton seul jusqu'aux jardins matures en
passant par le stade "plantules", ont été observées en milieu naturel pour cette espèce.
Par la suite, nous nous sommes attachés à démontrer expérimentalement en laboratoire
la capacité de cette fourmi à développer l'ensemble des comportements nécessaires à la
fabrication d'un jardin de fourmis : construction du nid en carton, transport et intégration des
graines, et développement des plantules.
Construction du nid
La première étape, à savoir la capacité de P. goeldii à construire un nid en carton, est
assez difficile à reproduire en laboratoire. En effet, l'établissement d'un nouveau nid chez une
colonie déjà établie dans un jardin ou un nid en plâtre n'est pas automatique et semble
dépendre de la croissance de la colonie. Cependant, lorsque l'on fournit le matériel nécessaire
à des colonies élevées dans des nids en plâtre ou dans des tubes, les ouvrières aménagent
rapidement des cloisons à l'intérieur de leur nid, formant ainsi des chambres semblables à
celles que l'on trouve dans les jardins de fourmis. Ce comportement n'est cependant pas
spécifique à P. goeldii car il existe chez de nombreuses ponérines terricoles et arboricoles qui
aménagent leurs galeries (Lévieux, 1976a; Fresneau, 1994; Dejean & Olmsted, 1997).
Il est tout de même possible d'induire la construction d'un nid en carton chez des
colonies privées de nid ou lorsque l'extension du nid existant semble nécessaire (obs. pers.).
Par ailleurs, les observations en milieu naturel montrent que le carton construit par P. goeldii
– 32 –
possède un aspect différent de celui des autres jardins de fourmis (Corbara et al., 1999a). En
comparaison avec celui des jardins habités par C. femoratus et Cr. l. parabiotica, le carton de
P. goeldii est plus grossier. De plus, P. goeldii nidifie principalement dans des zones
pionnières, là où très peu d'espèces ayant des nids en carton sont présentes avant son arrivée
(voir chapitre 1).
L'ensemble de ces éléments montre donc la capacité de cette espèce à établir des
constructions en carton du même type que celles d'autres espèces appartenant à des sousfamilles dites "évoluées" (Dolichoderinæ, Formicinæ et Myrmicinæ). Il s'agit jusqu'à présent
de la seule représentante de la sous-famille des Ponerinæ chez qui la capacité à manipuler des
fibres végétales pour construire un nid arboricole, en dehors de toute structure fournie par la
plante support, a été démontrée.
Transport des graines
Lorsque qu'on présente des graines provenant des espèces d'épiphytes constitutives des
jardins de fourmis, les ouvrières fourrageuses de P. goeldii sont attirées et les ramènent dans
leur nid (article 3). Seul l'élaiosome de ces graines est consommé, mais les graines ellesmêmes ne le sont pas. De plus, elles ne sont pas traitées comme des déchets dont la plupart
sont évacués hors du nid (en les laissant tomber au sol depuis le jardin), mais ces graines sont
intégrées au carton du nid. Les ouvrières sont non seulement capables de récolter et de planter
les graines des épiphytes entrant dans la composition de leurs jardins de fourmis, mais elles
présentent aussi des préférences envers certaines espèces (article 4). Lorsqu'elles sont
confrontées à des graines des quatre espèces d'épiphytes les plus fréquemment recensées dans
les jardins, les ouvrières de P. goeldii choisissent et transportent préférentiellement les graines
des espèces avec lesquelles elles sont le plus souvent associées. Toutefois, toutes les graines
des épiphytes constitutifs des jardins vont être récoltées et ramenées au nid si elles sont
laissées dans l'aire de chasse. Ceci démontre que, bien qu'attirées par l'ensemble des graines
des épiphytes des jardins (au moins les quatre testées), ces fourmis en sélectionnent certaines
pour établir de nouveaux jardins de fourmis ou pour entretenir les jardins existants.
L'attraction des graines est-elle basée sur des facteurs alimentaires ?
Si l'élaiosome est toujours consommé avant que la graine ne soit intégrée au carton du
nid, il n'apparaît pas pour autant indispensable à l'attraction des fourmis, mais plutôt comme
un renforcement. En effet, lorsque cet élaiosome est manuellement éliminé, les mêmes
– 33 –
préférences envers Ae. mertensii et An. gracile sont observées chez P. goeldii (article 4). En
conséquence, l'attraction et le transport de ces graines n'ont pas une base alimentaire et des
produits présents à leur surface en seraient plutôt responsables, contrairement à ce qui a été
démontré dans l'ensemble des études sur la myrmécochorie (Lu & Mesler, 1981; Bond et al.,
1991; Westoby et al., 1991; Aronne & Wilcock, 1994; Mark & Olesen, 1996; Rodgerson,
1998)
Par ailleurs, P. goeldii transporte de la même façon les graines de certaines plantes de
milieu tempéré qui ne possèdent pas d'élaiosome (article 3). Le comportement de récolte et
d'intégration de ces graines au carton est identique au comportement de récolte des graines
d'épiphytes, alors que les graines d'autres espèces de plantes sont ignorées ou transportées au
cimetière. L'identité des comportements observés renforce cette idée de substances attractives
à la surface des graines. Cette idée se retrouve dans le fait que les graines de Ficus paraensis
(épiphyte spécifique des jardins) restent attractives pour C. femoratus après que les fruits aient
été digérés par des chauves-souris (Davidson, 1988), mais aussi dans la spécificité de
l'association entre Cr. longispina et Codonanthe crassifolia (Kleinfeldt, 1978).
L'étude des composés présents à la surface des graines de nombreux épiphytes
spécifiques aux jardins a montré l'existence de produits communs (Seidel et al., 1990). Cinq
composés ont ainsi été retrouvés sur la plupart des graines des espèces échantillonnées, mais
les réponses des fourmis face aux composés synthétiques se sont révélées ambiguës
(Davidson et al., 1990). D'une façon générale, seules les fourmis initiatrices des jardins (à
l'exception de D. bidens) semblent répondre à la découverte des graines en les transportant,
alors que d'autres espèces arboricoles les rejettent (Davidson, 1988). S'il est donc probable
que ces molécules interviennent dans l'attraction des fourmis envers les graines, leur rôle doit
plutôt être d'ordre général. En effet, comme nous l'avons vu, il existe des préférences des
fourmis envers certaines espèces d'épiphytes. Or, ces préférences ne peuvent exister que si les
fourmis sont capables de discriminer les différentes espèces de graines et donc s'il existe des
différences interspécifiques au niveau de ces produits.
Rôle des épiphytes et explication des préférences observées
Le bénéfice principal de l'association fourmis-épiphytes dans les jardins serait pour les
fourmis d'ordre structural (Yu, 1994). Ceci est d'autant plus vrai pour P. goeldii que les
espèces avec lesquelles cette fourmi est associée préférentiellement ne possèdent pas de
nectaires extrafloraux et d'autant plus que cette fourmi est principalement prédatrice (voir
– 34 –
chapitre 3). Mais quel peut être l'avantage d'être associé avec certaines espèces d'épiphytes
plutôt qu'avec d'autres ?
D'après ce que nous avons vu au chapitre 1, P. goeldii est une espèce pionnière qui
colonise surtout les jeunes lisières de forêt, mais elle peut aussi s'établir au niveau de l'étage
supérieur de la canopée (Orivel et al., 1998a). Les zones colonisées sont fortement
ensoleillées et soumises à de fortes variations hygrométriques. Or, les épiphytes
majoritairement associés aux jardins de cette espèce, Ae. mertensii principalement et
An. gracile, sont parmi tous ceux qui ne se trouvent que dans les jardins de fourmis, les plus
résistants à l'ensoleillement et à la dessiccation. Leur association avec P. goeldii ne résulte pas
d'une compétition avec les autres plantes qui les favoriserait, mais d'une préférence des
fourmis pour leurs graines. En effet, la similarité est forte entre les fréquences des différentes
graines transportées et les fréquences des épiphytes matures dans les jardins (article 4). Il est
aussi intéressant de noter qu'Ae. mertensii, comme la majorité des autres Bromeliaceæ, a une
structure en rosette ("tank romeliad") qui forme un réservoir d'eau au cœur de la plante. Cette
réserve peut être utilisée par les fourmis en saison sèche quand les effets de la sécheresse sont
plus importants dans les zones fortement ensoleillées. De la même façon, C. femoratus et
Cr. l. parabiotica se rencontrent surtout dans des milieux plus fermés ou sous la canopée et
elles sont principalement associées à Co. calcarata et Pe. macrostachya, deux espèces
préférant les environnements ombragés et assez humides (article 2; Davidson, 1988; Orivel et
al., 1998a).
Cependant, ces préférences ne sont sûrement pas le seul facteur intervenant dans les
associations avec certains épiphytes. Les différences de composition entre les cartons
construits par P. goeldii et C. femoratus/Cr. l. parabiotica pourraient également favoriser la
germination et le développement de certains épiphytes. Mais, comme la compétition, ce
facteur ne peut pas avoir une influence importante, compte tenu des similarités observées
entre les graines transportées et les épiphytes matures. En revanche, la disponibilité des
graines pourrait jouer un rôle non négligeable, notamment pour P. goeldii. En effet,
l'observation de jardins constitués uniquement d'Ae. mertensii dans la plus jeune zone
pionnière échantillonnée corrobore cette hypothèse (article 2). Les ouvrières de P. goeldii
n'ont jamais été observées en train de récolter les graines des fruits de leurs jardins, et en
laboratoire les fruits matures ne sont jamais ouverts. Or, les fruits des épiphytes sont souvent
consommés par des oiseaux ou des chauves-souris frugivores (Macedo & Prance, 1978) et les
ouvrières de P. goeldii récoltent certainement les graines dans leurs déjections. À l'inverse, C.
femoratus et Cr. l. parabiotica récupèrent un certain nombre de graines en ouvrant les fruits
– 35 –
des épiphytes de leurs jardins (obs. pers.), ce qui n'exclut pas qu'un certain pourcentage
provienne des déjections de vertébrés frugivores (Davidson, 1988).
La parabiose
Dans les jardins de fourmis, il est fréquent de trouver deux espèces de fourmis vivant en
association, appelée parabiose. Ces colonies mixtes naturelles semblent spécifiques aux
jardins de fourmis, bien qu'elles aient été aussi décrites chez des Coléoptères (Rasa, 1994). La
parabiose est une association non obligatoire entre deux espèces de fourmis pour le logement,
mais chacune des deux élève son couvain séparément (Forel, 1898). Tout comme l'association
entre épiphytes et fourmis, la parabiose peut être considérée comme un mutualisme. Chacune
des deux espèces participe à l'élaboration du jardin, c'est à dire à sa construction et à
l'intégration des graines d'épiphytes, comme en témoignent les différences de composition
floristique entre les jardins habités par C. femoratus et Cr. l. parabiotica seules ou en
parabiose (article 4). Cependant, Davidson (1988) considère Cr. l. parabiotica comme un
parasite des jardins construits par d'autres espèces. En effet, selon cet auteur, cette espèce est
incapable de construire des nids en carton et de transporter des graines sur de longues
distances. Mais l'observation de jardins jeunes habités uniquement par des Crematogaster
suggère leur capacité à les initier, bien que les expériences de transport de graines n'aient pas
pu le confirmer (article 4).
Espèces impliquées
Ces associations impliquent toujours Cr. l. parabiotica et elle peut cohabiter avec l'une
des cinq espèces suivantes : C. femoratus, Dolichoderus debilis, D. bispinosus,
Odontomachus mayi et P. goeldii (Wheeler, 1921; Weber, 1943; Davidson, 1988; article 5).
Un cas de parabiose entre D. debilis et O. mayi fut décrit par Mann (1912), mais cette
observation n'a jamais pu être confirmée jusqu'à aujourd'hui. Il s'agissait certainement de deux
colonies juxtaposées se partageant le même jardin. Ces associations sont également fréquentes
dans les jardins de fourmis (Dejean et al., 1997a), mais diffèrent de la parabiose par au moins
deux aspects. Tout d'abord, elles n'impliquent pas les espèces connues pour être initiatrices
des jardins de fourmis et elles ne se limitent pas forcement à l'association entre deux espèces.
Par ailleurs, la cohabitation entre les espèces n'est pas pacifique; elles sont en compétition non
– 36 –
seulement pour le site de nidification, mais certainement aussi pour les ressources
alimentaires. De telles associations sont donc de courte durée et aboutissent pour la plupart à
l'exclusion des autres espèces par l'un des protagonistes. À l'inverse, la parabiose est toujours
une association entre deux espèces. Il est possible de trouver dans certains cas un troisième
protagoniste, Solenopsis (= Diplorhoptrum) sp. (Weber, 1943), mais il s'agit plutôt d'un
parasite se nourrissant du couvain des autres espèces. De plus, même si cette espèce nidifie
bien dans le jardin, ses colonies et celles des sociétés en parabiose sont simplement
juxtaposées.
Les cas de parabiose entre Cr. l. parabiotica et C. femoratus sont très fréquents, de sorte
que ces deux espèces vivent beaucoup plus souvent associées que seules (article 2, article 4).
Dans les zones pionnières de Guyane Française, il existe aussi deux autres cas de parabiose
impliquant Cr. l. parabiotica et deux espèces de Ponerinæ, P. goeldii et O. mayi. Comme
nous l'avons vu précédemment, P. goeldii fait bien partie des espèces initiatrices de jardins de
fourmis, tout comme O. mayi (article 3). Ces cas de parabiose sont donc identiques à ceux
impliquant C. femoratus et ils sont d'autant plus intéressants qu'il s'agit de ponérines. En effet,
les relations interspécifiques sont extrêmement rares chez ces espèces "primitives" (voir cidessous), mis à part les conflits entre colonies, bien entendu. La fréquence des associations
parabiotiques est toutefois nettement différente entre ces deux espèces (article 5; Corbara et
al., 1999a). O. mayi a été trouvée presque toujours en association avec Cr. l. parabiotica,
alors que P. goeldii ne l'est que très rarement. Les raisons de cette rareté pourraient être de
nature "climatique". P. goeldii est la seule de ces quatre espèces à nidifier dans des zones très
ensoleillées, alors que les trois autres se rencontrent dans des milieux plus humides ou plus
fermés (article 2). De plus, le caractère pionnier de P. goeldii pourrait aussi contribuer à la
faible fréquence de ses associations avec Cr. l. parabiotica. Comme nous allons le voir en ce
qui concerne la reconnaissance coloniale, la connaissance du mode de fondation des sociétés
parabiotiques apporterait certainement des éléments de réponse.
Reconnaissance intercoloniale
La parabiose est une association globalement pacifique. Bien que le couvain soit élevé
séparément, les chambres sont interconnectées et la majorité du nid est accessible aux deux
espèces. Ces deux espèces ne sont pas agressives l'une envers l'autre comme en témoigne la
majorité des interactions observées (article 5). Par contre, l'agressivité intercoloniale est forte
que ce soit face à des individus de la même espèce ou d'une espèce différente. En
– 37 –
conséquence, chacun des associés est capable de reconnaître les individus appartenant à la
colonie avec laquelle elle vit en parabiose. Chez les insectes sociaux, la base de la
reconnaissance coloniale repose sur les substances cuticulaires et en particulier les lipides
(voir Vander Meer & Morel (1998) pour revue). Mais l'étude de ces lipides cuticulaires chez
les espèces pouvant vivre en parabiose n'a pas permis de mettre en évidence une quelconque
convergence des profils (article 5). Chacune des espèces, lorsqu'elle est en parabiose, ne
modifie donc pas son "visa chimique", contrairement à ce qui se produit dans les colonies
mixtes artificielles (Bagnères et al., 1991; Vienne, 1993). La discrimination existant entre les
individus de la colonie associée et tout autre individu de la même espèce ou d'une espèce
différente, requiert la perception des différences entre les visas chimiques. En l'absence de
formation d'une "odeur" mixte mettant en jeu les lipides cuticulaires, ce processus ne peut
exister que grâce à une mémorisation du visa hétérospécifique. Il ne peut cependant pas être
exclu que la reconnaissance repose sur d'autres substances que les lipides cuticulaires. Mais
les phénomènes d'apprentissage et de mémorisation semblent les meilleurs candidats pour
expliquer l'absence d'agressivité et donc la reconnaissance interspécifique dans les sociétés
parabiotiques. Ces phénomènes ont été déjà démontrés chez les fourmis et peuvent être tant
visuels (Judd & Collett, 1998; Schatz et al., 1999a) que chimiques (Dejean, 1988b; Dejean et
al., 1990; Errard, 1994). L'étude des premières étapes de la formation des sociétés
parabiotiques pourrait apporter des éléments de réponse sur l'importance de cet apprentissage.
En effet, l'importance de ces sociétés mixtes par rapport aux sociétés monospécifiques de
chacune des espèces impliquées, suggère une association entre reines au moment de la
fondation. Dans ce cas, la naissance des ouvrières se produirait dans un environnement
"mixte" où les phénomènes d'empreinte pourraient intervenir (Jaisson, 1980).
La parabiose n'est toutefois pas absolument pacifique et il existe une compétition
alimentaire entre les espèces associées (Swain, 1980). Cr. l. parabiotica est toujours la
première à découvrir les nouvelles sources de nourriture, mais les fourrageuses sont ensuite
exclues par celles de l'espèce associée (C. femoratus ou D. debilis). Ces dernières sont
capables de suivre les pistes laissées par les Crematogaster et de les exclure en les agressant
(Swain, 1980). Néanmoins, la rapidité de découverte et de recrutement des Crematogaster
permet à ces dernières d'exploiter une certaine partie des ressources alimentaires. Le suivi des
pistes d'autres espèces n'est pas propre aux fourmis vivant en parabiose, il existe aussi chez
d'autres fourmis ainsi que chez certains arthropodes myrmécophiles (Wilson, 1965; Elgert &
Rosengren, 1977; Starr, 1981; Dejean & Beugnon, 1996; Gobin et al., 1998b; Witte et al.,
1999; mais voir Dejean, 1996).
– 38 –
Espèce habitant le jardin
P. goeldii
O. mayi/Cr. l. parabiotica
C. abdominalis
Cr. l. parabiotica
Cr. brasiliensis
Pheidole sp.
O. hastatus
P. villosa
C. rengerri
Vide
Total
Nombre de chenilles
8
6
5
3
3
1
1
1
1
3
32
Tableau 3. Nombre de chenilles de Strymon nr. megarus recensées dans les jardins de
fourmis en fonction de l'espèce de fourmis résidente.
– 39 –
Parasitisme
Les jardins de fourmis sont des sites très convoités par d'autres espèces de fourmis que
celles qui les initient mais encore par de très nombreux insectes et ceci pour plusieurs raisons
(Kleinfeldt, 1986; Dejean et al., 1997a; Corbara & Dejean, 1998; Corbara et al., 1999b). Le
facteur limitant représenté par la rareté des sites favorables de nidification en milieu
arboricole est sûrement une raison principale expliquant la colonisation des jardins par de
nombreuses espèces de fourmis. De plus, les jardins de fourmis sont des sites durables,
fréquents en zones pionnières, alors que les autres épiphytes et le bois mort en place sont
rares.
Les insectes autres que fourmis peuvent également bénéficier de la présence des fourmis
habitant le jardin qui, par leur forte agressivité, apportent une protection contre les parasites et
les prédateurs potentiels. Les jardins de fourmis ont la particularité d'être toujours associés à
des épiphytes contrairement à la majorité des autres nids de fourmis, excepté les nids des
espèces myrmécophytes. Cette particularité peut se révéler extrêmement bénéfique pour des
insectes herbivores qui arriveraient à s'y développer puisqu'ils bénéficieraient non seulement
de nourriture, mais encore et surtout de la protection apportée par les fourmis.
Durant les inventaires de jardins de fourmis des zones pionnières de Guyane Française,
ont été notées à plusieurs reprises des traces d'attaques des épiphytes, en particulier
Ae. mertensii, par des herbivores. En effet cette espèce peut être la plante nourricière des
chenilles de deux espèces de Lépidoptères qui semblent ne pouvoir se développer que dans les
jardins de fourmis, mais possèdent des stratégies différentes. Ces deux espèces se nourrissent
exclusivement d'Ae. mertensii, comme le démontre l'absence d'attaques de toutes les autres
Bromeliaceæ de la zone d'étude (article 6). Elles peuvent être qualifiées de myrmécophiles car
leur développement est nécessairement associé à la présence des fourmis.
Les chenilles de Strymon nr. megarus (Lycænidæ) peuvent être associées à beaucoup
d'espèces de fourmis occupant les jardins; elles ne présentent pas de préférences vis-à-vis de
certaines espèces (Tableau 3). Ces chenilles se nourrissent des feuilles d'Ae. mertensii en
ménageant une cavité entre les deux épidermes et se protègent ainsi des prédateurs et parasites
ainsi que des fourmis résidentes. En effet, lorsque ces chenilles sont expérimentalement
confrontées aux fourmis, elles sont immédiatement attaquées et tuées (obs. pers.). À l'inverse,
les chenilles de l'hespériide Vettius tertianus se trouvent préférentiellement dans les jardins
habités par P. goeldii et ne construisent pas d'abris inaccessibles aux fourmis (article 6). Bien
qu'aucune interaction entre cette chenille et P. goeldii n'ait pu être observée en milieu naturel,
– 40 –
les confrontations réalisées en laboratoire n'ont montré aucune agressivité des fourmis à son
encontre.
La comparaison de ces deux espèces de chenilles permet de conclure que les
associations préférentielles entre V. tertianus et P. goeldii ne sont pas simplement dues à la
fréquente association entre cette fourmi et Ae. mertensii. En effet, la ponte des imagos
femelles de V. tertianus pourrait être basée sur l'identification de la fourmi habitant le jardin
en plus de l'identification de la plante hôte, comme cela existe chez d'autres espèces
myrmécophiles (Fiedler & Maschwitz, 1989; Fiedler, 1997; Wagner & Kurina, 1997).
La myrmécophilie est un phénomène très répandu et de nombreuses espèces de fourmis
sont les hôtes d'arthropodes ayant réussi à franchir la barrière coloniale (Hölldobler & Wilson,
1990). L'adoption de nombreux myrmécophiles à l'intérieur des colonies de fourmis est due à
une convergence des profils cuticulaires entre les parasites et les fourmis hôtes (Vander Meer
& Wojcik, 1982; Franks et al., 1990; Habersetzer, 1993; Habersetzer & BonavitaCougourdan, 1993; Kaib et al., 1993; Bonavita-Cougourdan et al., 1996; Lenoir et al., 1997;
Akino & Yamaoka, 1998; Akino et al., 1999). Cette similarité des profils peut être le résultat
d'une synthèse des substances spécifiques de l'hôte ("chemical mimicry") ou d'une acquisition
secondaire et passive grâce aux toilettages ("chemical camouflage") (Howard et al., 1990;
Dettner & Liepert, 1994; Vienne et al., 1995). D'autres espèces myrmécophiles,
principalement des araignées, vivent à proximité des colonies de fourmis dont elles sont
prédatrices; leur survie est due d'une part à une imitation de la morphologie de leur proie, et
d'autre part à la vitesse de réaction qui leur permet d'échapper aux attaques des fourmis
(Castanho & Oliveira, 1997; Cushing, 1997).
Le cas de V. tertianus est différent car, bien que les chenilles ne pénètrent pas à
l'intérieur des colonies de P. goeldii, elles se développent dans le jardin et se nourrissent des
épiphytes. Même si les raisons de l'association avec P. goeldii ne sont pas claires, la survie
des chenilles au sein du jardin n'est pas due, comme pour la parabiose, à une convergence des
profils cuticulaires avec les fourmis résidentes ou les épiphytes (article 6).
Nous n'avons jamais pu observer dans la nature de contact direct entre les ouvrières de
P. goeldii et les chenilles, et ces ouvrières ne fourragent jamais sur les feuilles exploitées par
les chenilles. Or, les chenilles déposent sur les feuilles des fils de soie contenant les mêmes
substances qui tapissent leur cuticule. De plus, ces chenilles ne sont pas attaquées lorsqu'elles
sont artificiellement confrontées à d'autres espèces de fourmis habitant les jardins. Leurs
substances cuticulaires pourraient être perçues comme un signal neutre n'induisant aucune
réaction des fourmis, si ce n'est celle de "passer leur chemin".
– 41 –
V. tertianus, comme S. nr. megarus, peuvent être considérées comme des parasites,
même si leurs effets directs sur les fourmis sont difficilement mesurables. En effet les
épiphytes font partie intégrante des jardins de fourmis et sont indispensables à leur survie (Yu,
1994).
Conclusion
P. goeldii est bien à l'origine des jardins qu'elle occupe et elle fait partie des rares
espèces de fourmis capables d'initier les jardins de fourmis. Il s'agit d'un investissement
coûteux, intéressant seulement s'il apporte quelques bénéfices. Dans le cas de P. goeldii,
comme pour toutes les autres espèces arboricoles, les sites de nidification représentent un des
principaux facteurs limitants. L'établissement d'un nid indépendant présente donc un avantage
non négligeable : il permet de "choisir" le site de nidification, les ressources n'étant pas
distribuées de façon équivalente. Ce mode de nidification est aussi à rapprocher de la
compétition interspécifique. En effet, l'indépendance qu'il procure élimine cette compétition,
par ailleurs forte chez les espèces qui nidifient en association avec des plantes s'installant
avant les fourmis (Davidson et al., 1989; Dejean et al., 1995; Way & Bolton, 1997; Blüthgen
et al., 2000).
D'un point de vue général, l'existence des jardins de fourmis ne nécessite pas
d'adaptations particulières des épiphytes ou des fourmis (Buckley, 1982). De nombreuses
plantes ont des graines dispersées par les fourmis et la fabrication de carton par ces dernières
est également répandue. La présence de composés similaires à la surface des graines des
épiphytes pourrait être considérée comme le résultat d'une évolution convergente de ces
plantes en réponse aux fourmis, mais d'un autre côté la capture sélective des graines ayant ces
composés conduit au même résultat (Davidson & Epstein, 1989). Toutefois, les associations
préférentielles entre fourmis et épiphytes dans les jardins suggèrent l'existence d'une
spécialisation entre les espèces animales et végétales impliquées. Chacune des espèces de
fourmis initiatrices présente des préférences différentes et dépendantes de facteurs non
alimentaires vis-à-vis des épiphytes, préférences qui sont fortement corrélées à leurs milieux
de vie. Si ce n'est pas une preuve de coévolution, cela démontre quand même la faculté d'une
espèce dite "primitive" à établir des relations étroites avec les plantes.
L'ensemble des processus menant à la formation des jardins montre que P. goeldii a
atteint le même niveau d'adaptation et de spécialisation que les autres espèces initiatrices des
– 42 –
jardins (Camponotus et Crematogaster). En conséquence, P. goeldii présente des adaptations
comportementales à la vie arboricole qui en font une des seules espèces de Ponerinæ à avoir
atteint un tel niveau. Seule P. luteola semble avoir atteint un niveau supérieur dans les
relations plantes–fourmis en étant spécifiquement associée à une plante à fourmis, Cecropia
pungara (Davidson & Fisher, 1991; Verhaagh, 1994; Yu & Davidson, 1997). Par ailleurs,
l'existence de lépidoptères dont les chenilles s'attaquent spécifiquement à l'un des deux
épiphytes les plus fréquemment associés à P. goeldii et en présence de cette fourmi, ainsi que
sa capacité – bien que rare – à vivre en parabiose, démontrent que son passage à la vie
arboricole n'est pas le résultat d'un phénomène récent.
Le mode de nidification de P. goeldii lui permet de s'affranchir d'un des deux facteurs
limitants importants du milieu arboricole : la rareté des sites de nidification. Mais qu'en est-il
du second, à savoir les ressources alimentaires ? Autrement dit, P. goeldii a-t-elle développé
d'autres particularités comportementales ou physiologiques en relation avec son mode de vie
arboricole ?
– 43 –
CHAPITRE 3
ALIMENTATION, PRÉDATION ET VENIN
– 44 –
— Chapitre 3 : Alimentation, prédation et venin —
Chapitre 3 : Alimentation, prédation et venin
➤ cf. article 1 : Relationships between pretarsus morphology and arboreal
life in ponerine ants of the genus Pachycondyla (Formicidæ: Ponerinæ)
J. Orivel, M.C. Malherbe & A. Dejean
Insectes Sociaux (soumis)
➤ cf. article 7 : Prey capture behavior of the arboreal ponerine ant
Pachycondyla goeldii (Hymenoptera: Formicidæ)
J. Orivel, A. Souchal, P. Cerdan & A. Dejean
➤ cf. article 8 : Comparative effect of the venoms of the ants of the genus
Pachycondyla (Hymenoptera: Ponerinæ)
Toxicon (soumis)
➤ cf. article 9 : Antibacterial peptides from the venom of the ant
J. Orivel, V. Redeker, J.P. Le Caer, F. Krier, A.M. Revol, A. Longeon, A. Dejean
& J. Rossier
Journal of Biological Chemistry (en préparation)
– 45 –
Alimentation
Régime alimentaire et spécialisation
Le régime alimentaire des fourmis peut être divisé en deux grandes catégories. La
majorité des espèces sont généralistes et acceptent de nombreux types de ressources solides et
liquides d'origine animale ou végétale. Cependant, certaines espèces présentent un régime
alimentaire spécialisé et peuvent être divisées en trois groupes (Hölldobler & Wilson, 1990).
Les Attini des genres Atta et Acromyrmex constituent les principaux herbivores des régions
néotropicales et se nourrissent du champignon qu'elles cultivent sur les débris végétaux
récoltés (Cherrett, 1986; Hölldobler & Wilson, 1990; Chapela et al., 1994). Le second groupe
est représenté par les espèces granivores. La granivorie se rencontre chez diverses espèces des
sous-familles Formicinæ, Myrmicinæ et Ponerinæ et elle peut être facultative ou obligatoire
(Davidson, 1977; Hansen, 1978; Hölldobler & Wilson, 1990; Cerda & Retana, 1994; Dejean
& Lachaud, 1994). Finalement, parmi les espèces prédatrices, certaines sont spécialisées dans
la captures de proies particulières, généralement abondantes et impliquées dans la
reminéralisation des sols (dégradation de la litière et du bois). Ces prédateurs oligophages
appartiennent pour la très grande majorité aux Ponerinæ et Myrmicinæ (Wheeler, 1936;
Dejean, 1983, 1985, 1997; Hölldobler & Wilson, 1990; Brandão et al., 1991; Pratt, 1994; Leal
& Oliveira, 1995; Ito, 1998; Dejean et al., 1999b, 1999c, 1999e, 1999f).
Parmi les Ponerinæ, le genre Pachycondyla comprend à la fois des espèces polyphages
et oligophages. Dans ce genre, la spécialisation alimentaire est principalement dirigée vers les
termites, à quelques exceptions près, et souvent selon des stratégies de capture en groupes
(Wheeler, 1936; Longhurst & Howse, 1979; Peeters & Crewe, 1987; Hölldobler & Wilson,
1990; Agbogba, 1992; Dejean et al., 1993a, 1999f; Leal & Oliveira, 1995). Toutefois, P.
pachyderma est un prédateur "semi-spécialiste" de myriapodes chilopodes, P. senaarensis est
à la fois un prédateur généraliste et granivore, et P. luteola se nourrit des corps de Müller
sécrétés par les Cecropia qu'elle habite (Lévieux & Diomandé, 1978; Dejean & Lachaud,
1994; Lachaud & Dejean, 1994; Verhaagh, 1994; Dejean et al., 1999c).
Les espèces arboricoles
En ce qui concerne la prédation, la spécialisation est absente chez les espèces
arboricoles, alors que, comme nous venons de le voir, elle n'est pas rare au sol. Ceci doit
cependant être nuancé par la faible représentation dans les arbres des espèces des sous-
– 46 –
familles "primitives" auxquelles appartiennent la plupart des prédateurs oligophages.
Toutefois, l'ensemble des espèces "primitives" et arboricoles sont des prédateurs généralistes
(Young & Hermann, 1980; Dejean & Corbara, 1990b; Hölldobler & Wilson, 1990; Dejean &
Lachaud, 1992). L'absence de proies abondantes constituant des sources durables contribue
très certainement au caractère généraliste des prédateurs arboricoles. Néanmoins,
l'exploitation exclusive de ressources alimentaires particulières existe chez les espèces
arboricoles, mais ne se rencontre que dans certains genres de fourmis ou dans des cas
particuliers. Ainsi, la plupart des espèces de la tribu des Cephalotini (Myrmicinæ) et certaines
Pseudomyrmecinæ se nourrissent de pollen (Wheeler & Bailey, 1920; Hölldobler & Wilson,
1990; Davidson, 1997). Certaines plantes (Cecropia, Macaranga, Acacia) qui par ailleurs
fournissent un abri aux fourmis (myrmécophytes), fournissent aussi des corps nourriciers à
leurs habitants (Janzen, 1966, 1973; Hölldobler & Wilson, 1990; Fiala et al., 1991; Longino,
1991; Heil et al., 1997, 1998; Federle et al., 1998).
Le passage à la vie arboricole chez les fourmis s'accompagne généralement d'une
modification du régime alimentaire, dans le sens où leur alimentation est très souvent
composée d'une quantité plus importante de substances liquides que dans l'alimentation des
terricoles. Il s'agit de nectar provenant des nectaires extrafloraux des plantes ou de sécrétions
d'Homoptères. Cependant, cette corrélation n'est pas stricte et de nombreuses espèces
terricoles exploitent aussi ce type de ressource comme en témoigne la grande diversité des
espèces recensées (Schemske, 1982; Tempel, 1983; Barton, 1986; Mackay & Whalen, 1991;
Oliveira & Brandão, 1991; Oliveira, 1997; Rickson & Rickson, 1998; de la Fuente &
Marquis, 1999). Les espèces dominantes de la canopée des forêts tropicales représentent un
groupe particulier au sein des fourmis arboricoles (voir chapitre 1). Leur biomasse, souvent
plus importante que celle de l'ensemble des autres arthropodes constituant leurs proies
potentielles, semble peu compatible avec un rôle principal de prédateur (Tobin, 1991, 1994).
Les fourmis dominantes seraient donc plutôt des consommateurs primaires se nourrissant
surtout du nectar produit par les plantes et des excrétions des Homoptères.
Plusieurs éléments tendent à montrer la validité de cet argument. Tout d'abord, les
observations des espèces dominantes sur le terrain révèlent que les populations d'Homoptères
associées sont très importantes, le nombre d'individus atteignant probablement celui des
fourmis (Dejean et al., 1991, 2000; Dejean & Gibernau, 2000). Par ailleurs, la comparaison
du rapport entre les deux isotopes de l'azote (14N et
15
N), pour des espèces arboricoles
dominantes et certaines Ponerinæ prédatrices, a montré que les fourmis dominantes sont
significativement constituées de moins d'azote 15 (15N) que les espèces prédatrices (Davidson
– 47 –
& Patrell-Kim, 1996). Or, cet isotope de l'azote qui se retrouve en quantité plus importante
dans les tissus animaux que dans les tissus végétaux, s'accumule avec les niveaux trophiques.
La majeure partie de l'azote des espèces dominantes proviendrait donc de produits d'origine
végétale, la prédation constituant une source secondaire faible de protéines et donc d'azote.
Cependant, les nectars extrafloraux ou le miellat des Homoptères sont des produits pauvres en
azote, mais très riches en sucres, donc en carbone, en hydrogène et en oxygène (Bentley,
1977; Schemske, 1982; Beattie, 1985; Davidson & Patrell-Kim, 1996; Völkl et al., 1999).
L'exploitation de ces sources alimentaires ne peut donc pas être sans conséquence, compte
tenu de l'importance de l'azote en tant que facteur limitant (Davidson & Patrell-Kim, 1996;
Davidson, 1997; Orivel & Dejean, 1999a).
Chez les rares Ponerinæ arboricoles, les substances liquides et sucrées représentent une
part non négligeable de l'alimentation, alors que presque toutes les espèces terricoles sont
exclusivement prédatrices (Evans & Leston, 1971; Hölldobler, 1985; Dejean & Corbara,
1990a; Hölldobler & Wilson, 1990; Lachaud & Dejean, 1991b; Valenzuela-Gonzalez et al.,
1994, 1995; Breed et al., 1996; Dejean & Suzzoni, 1997). Ces substances proviennent des
nectaires extrafloraux, sauf exception. Les exploitations d'Homoptères sont très rares chez les
ponérines et seule Odontomachus haematodus ainsi que quelques espèces du genre
Ectatomma sont connues pour leur capacité à les élever (Evans & Leston, 1971; Del-Claro &
Oliveira, 1996, 1999). Ces dernières peuvent être aussi associées à des chenilles de Lycænidæ
et Riodinidæ (De Vries, 1991; Fiedler, 1991). Comme nous l'avons vu au chapitre 2, la rareté
de ces associations souligne le peu de relations interspécifiques qui existe chez les Ponerinæ.
Les trophallaxies alimentaires sont impossibles chez les espèces "primitives", à l'exception de
deux espèces : Hypoponera sp. et Ponera coarctata (Hashimoto et al., 1995; Liebig et al.,
1997). Afin de pouvoir échanger les substances récoltées avec les autres individus de la
colonie, les espèces arboricoles, ainsi que certaines espèces terricoles qui exploitent des
ressources liquides, utilisent les forces de tension superficielle pour transporter le nectar ou le
miellat entre les mandibules ou sous la tête (Hölldobler & Wilson, 1990; Lachaud & Dejean,
1991b; Dejean & Suzzoni, 1997). Par ce moyen, ces Ponerinæ peuvent effectuer des
"pseudotrophallaxies" (Jaisson & Fresneau, 1978) et ainsi exploiter des ressources
arboricoles.
Il n'en reste pas moins que les Ponerinæ arboricoles sont principalement prédatrices. Les
différences structurales existant entre les milieux arboricole et terricole suggèrent le
développement de stratégies de capture des proies adaptées aux contraintes du milieu chez les
espèces arboricoles. La principale différence provient du fait que la poursuite des proies est
– 48 –
impossible dans les arbres, ces dernières se laissent tomber, sautent ou s'envolent si les
ouvrières fourrageuses les manquent. À l'inverse, au sol les fourmis peuvent adopter des
stratégies de recherche leur permettant de retrouver avec une assez forte probabilité les proies
perdues.
De là vient la question : les espèces arboricoles, en particulier P. goeldii, ont-elles des
comportements de capture des proies différentes des espèces terricoles ?
Capture des proies
Le comportement de capture des proies des deux espèces de Pachycondyla arboricoles
étudiées, P. goeldii et P. villosa, ne présente pas de particularités fondamentalement
différentes par rapport à celui des espèces terricoles (Dejean & Corbara, 1990b; article 7).
Les ouvrières fourragent de façon solitaire sans faire de pistes et capturent à peu près
toutes les proies rencontrées. Après détection au contact ou à distance, les proies sont saisies
et, dans la plupart des cas, piquées avant d'être transportées au nid. Comme pour beaucoup
d'autres espèces chez lesquelles l'immobilisation des proies se fait par injection de venin, les
piqûres sont déclenchées par les mouvements de la proie (Dejean, 1987a, 1987b; Dejean &
Corbara, 1990b; Dejean et al., 1993b, 1999d; Lachaud & Dejean, 1994).
Une fois immobilisées, les proies sont ramenées de façon directe au nid. Cela suggère
l'existence d'indices permettant l'orientation des ouvrières (Dejean & Corbara, 1998; article
7). Or, ces espèces ne font apparemment pas de pistes contrairement à certaines espèces
terricoles fourrageant en groupe (Longhurst & Howse, 1979; Jessen & Maschwitz, 1986;
Dejean et al., 1993b; Leal & Oliveira, 1995; mais voir Schatz et al., 1997). De plus, P. goeldii
et P. villosa sont nocturnes, ce qui exclut ou limite fortement l'intervention de repères visuels
comme chez P. apicalis (Fresneau, 1985). Toutefois, l'étude de la morphologie du prétarse
(article 1) montre que toutes les espèces de Pachycondyla étudiées possèdent une glande
prétarsale fonctionnelle. Or, les sécrétions de cette glande étaient jusqu'à présent considérées
comme ayant un rôle dans l'adhésion sur le substrat. Si ceci est certainement vrai pour les
espèces possédant un arolium développé, le rôle adhésif n'existe pas chez les espèces
dépourvues d'arolium. Par conséquent, il est envisageable que cette glande ait une autre
fonction dans le marquage de la zone d'entrée du nid. Si cette sécrétion est déposée de façon
continue, un gradient de marquage se forme alors dont le point central est l'entrée du nid; il
– 49 –
(cm/s)
(u. a.)
Vitesse
14
Sinuosité
3.5
12
3.0
10
2.5
8
2.0
6
1.5
4
1.0
2
0.5
0
0.0
Exploration
Réserve
Exploration
Réserve
Figure 2. Comparaisons de la vitesse des ouvrières et de la sinuosité des trajets entre
l'exploration et le comportement de réserve.
Les mesures de sinuosité ont été faites en calculant un indice de sinuosité :
IS = L/D, où L est la longueur réelle du trajet et D la distance en ligne droite entre
les deux extrémités de ce trajet. Ainsi, IS = 1 pour les trajets rectilignes et augmente
pour les trajets sinueux.
Comparaisons statistiques des 45 séquences analysées (test de Wilcoxon) :
Vitesse
exploration vs. réserve : P = 1.1x10-13
Sinuosité
exploration vs. réserve : P = 8.8x10-8
Nombre de rencontres avec la proie durant le comportement de réserve
Recapture
Échec
Total
0
1
2
3
10
10
14
9
23
4
1
5
2
2
4
4
1
1
Total
5
2
2
20
25
45
Tableau 4. Nombre de proies recapturées par les ouvrières fourrageuses ou d'échec après une
première rencontre infructueuse ayant provoqué un comportement de réserve
(N = 45 séquences).
– 50 –
permet une orientation des fourrageuses à leur retour. Cette hypothèse n'a pour autant pas été
vérifiée et d'autres marqueurs peuvent aussi intervenir, par exemple les dépôts fécaux, comme
cela existe chez d'autres espèces dont des Pachycondyla (Hölldobler & Wilson, 1990; Dejean,
1991; Dejean et al., 1993a; Mayade et al., 1993; Lachaud & Dejean, 1994).
L'absence de différences entre les espèces arboricoles et terricoles se retrouve aussi dans
le comportement de réserve ("reserve behaviour"). Ce comportement, induit par une proie qui
réussit à s'échapper, permet d'augmenter les chances des fourrageuses de retrouver cette proie
(Dejean, 1988a). Il est caractérisé par une augmentation significative de la vitesse des
ouvrières fourrageuses et de la sinuosité des trajets; les différentes phases étant très
comparables entre les espèces terricoles et arboricoles (Figure 2; Dejean, 1988a; Dejean et al.,
1993a; Dejean & Corbara, 1998). La première partie du trajet consiste en des cercles très
rapides autour du point de rencontre avec la proie, puis les ouvrières élargissent leur zone de
recherche en revenant périodiquement à leur point de départ. Durant le comportement de
réserve, les fourrageuses sont très agressives et se déplacent les mandibules ouvertes, en
attaquant tous les individus rencontrés (proies ou autres).
Chez les espèces terricoles, le comportement de réserve représente une adaptation à la
prédation au sol. En effet, les proies capturées sont généralement aptères et ne s'enfuient pas
très loin du point de leur première rencontre avec la fourmi. Les recherches des fourrageuses
dans la zone de capture leur permettent de retrouver et de recapturer un certain nombre de ces
proies. Cependant, ce comportement chez les espèces arboricoles semble peu adapté à la
capture des proies dans ce milieu, bien que dans les conditions expérimentales, il permette de
retrouver et de capturer un certain nombre de proies échappées (Tableau 4; Dejean & Corbara,
1990b). Dans les conditions naturelles, les proies arboricoles ont des stratégies antiprédatrices
souvent efficaces et qui leur permettent surtout d'échapper définitivement aux fourmis quand
ces dernières les manquent. Beaucoup de ces proies possèdent des ailes (Diptères,
Lépidoptères, …) ou des pattes sauteuses (Orthoptères), les autres se laissent tomber
(chenilles). Le comportement de réserve des espèces arboricoles peut être considéré comme
un élément conservé des espèces terricoles et donc, comme un caractère archaïque.
Si les phases comportementales de capture des proies ne diffèrent pas entre les
Pachycondyla terricoles et arboricoles, P. goeldii possède une particularité bien à elle, en
relation avec son milieu de vie. Les individus de cette espèce sont extrêmement rapides, ce
qui leur permet de surprendre bon nombre de proies. Cette rapidité a pour principale
conséquence une absence de palpation des proies rencontrées et donc de zones particulières de
saisie, contrairement à ce qui se passe dans le cas des autres Ponerinæ (article 7; Agbogba,
– 51 –
1982; Dejean & Bashingwa, 1985; Dejean & Corbara, 1990b; Dejean, 1991; Dejean et al.,
1990, 1993b, 1999c, 1999d, 1999e; Lachaud & Dejean, 1994; Schatz et al., 1997, 1999b).
Comme il s'agit d'une espèce nocturne (article 6), une partie des proies rencontrées sont des
insectes diurnes réfugiés sous les feuilles pour la nuit. La vitesse d'exécution des ouvrières de
P. goeldii leur permet de surprendre ce type de proies et peut être considérée comme une
adaptation à la prédation en milieu arboricole.
Cette adaptation ne peut se révéler efficace que si elle est associée à une morphologie
des extrémités des pattes permettant une bonne adhésion au substrat et donc un bon maintien
des proies (Dejean, 1990b; Wojtusiak et al., 1995; Kenne et al., 1999). Cette adaptation doit
aussi être couplée à un venin puissant permettant une immobilisation forte et rapide des
proies.
Rôle et effets du venin
Rôle du venin chez les fourmis
Le rôle principal du venin de l'ensemble des animaux qui en sont dotés, à l'exception
des Hyménoptères, est offensif. En effet, bien que ce dernier puisse être utilisé d'une façon
défensive, parfois extrêmement toxique pour d'autres espèces que les proies habituelles, la
capture des proies demeure la fonction primaire et majeure (Bettini & Brognoli, 1978; Shulov
& Levy, 1978; Mebs & Ownby, 1990; Quistad et al., 1992; Daltry et al., 1996; McIntosh et
al., 1999; Stankiewicz et al., 1999).
Chez les Hyménoptères, le venin peut avoir trois rôles différents et non exclusifs :
offensif, défensif et actif dans les communications inter-individuelles (Schmidt, 1982, 1986).
Chez les espèces solitaires prédatrices ou parasites, la fonction première du venin est
offensive, mais le développement de la socialité semble aller de pair avec une augmentation
des aspects défensifs et communicatifs (Beard, 1978; Rathmayer, 1978). Ainsi, le venin de
certaines guêpes sociales peut intervenir dans la défense coloniale et l'alarme (Jeanne &
Keeping, 1995; Dani et al., 1998; Manzoli-Palma et al., 1998; Sledge et al., 1999). À
l'extrême, le venin de l'ensemble des abeilles n'a plus de fonction offensive et possède un rôle
purement défensif, l'aiguillon pouvant être modifié de façon à rester fixé aux tissus de
l'ennemi (O'Connor & Peck, 1978; Mulfinger et al., 1992; Schmidt, 1996; Schmidt et al.,
1997).
– 52 –
Le venin des fourmis est extrêmement diversifié par la nature des produits qui le
composent. Malgré cette diversité, il peut être utilisé comme outil taxonomique (Blum &
Hermann, 1978a, 1978b; Hefetz, 1993). Les fonctions défensive et communicative sont
prépondérantes chez les espèces des sous-familles "évoluées". Par exemple, les espèces
granivores du genre Pogonomyrmex possèdent un venin faiblement toxique contre les
insectes, mais extrêmement nocif pour les vertébrés, principaux prédateurs des graines
qu'elles récoltent (Schmidt & Blum, 1978b, 1978c; Schmidt, 1998). De plus, beaucoup
d'espèces sont plus souvent nectarivores que prédatrices, leur venin est alors surtout utilisé
comme agent défensif contre les compétiteurs et prédateurs (Braeckman et al., 1987; Jones et
al., 1988; Merlin et al., 1988, 1992; Escoubas & Blum, 1990; Daloze et al., 1991; Schröder et
al., 1996).
Par contre, chez les sous-familles "primitives", majoritairement ou exclusivement
prédatrices, le venin est utilisé plutôt dans la capture des proies (Schmidt, 1986). Ceci n'exclut
toutefois pas son intervention dans la défense des colonies et dans les communications
(Maschwitz et al., 1981; Attygalle & Morgan, 1985; Hölldobler et al., 1994; Cruz Lopez &
Morgan, 1997; Janssen et al., 1997). Comme chez les guêpes et les abeilles, le venin est de
nature protéique, caractéristique primitive qui se retrouve également chez certaines
Pseudomyrmecinæ et Myrmicinæ (Blum & Hermann, 1978b; Schmidt & Blum, 1978a;
Schmidt, 1986; Leluk et al., 1989; Piek et al., 1991b; Nolde et al., 1995; Zaitseva et al., 1995;
Hoffman, 1996). Les composés peuvent avoir une action soit histolytique (y compris
hémolytique), c'est à dire qu'ils agissent sur les membranes cellulaires et provoquent leur
rupture, soit neurotoxique en agissant au niveau des jonctions neuromusculaires (Cavagnol,
1977; Piek, 1981, 1991; Schmidt, 1982; Schmidt et al., 1984; Sevcik & Hernandez, 1990;
Piek et al., 1991a; Duval et al., 1992).
Relation entre venin et milieu arboricole
Compte tenu du fait que les venins ont évolué en réponse aux pressions de sélection de
l'environnement, il est intéressant de se demander si les effets ou la nature des constituants du
venin des espèces arboricoles ne différaient pas de ceux des espèces terricoles.
Chez les espèces dominantes, les molécules des venins ont cette originalité de ne pas
contenir d'azote, bien que le venin de certaines espèces congénériques en possède (Davidson,
1997; Orivel & Dejean, 1999a). Cette particularité est à rapprocher du mode d'alimentation de
ces espèces, particulièrement de la faible teneur en azote des nectars. Le venin des Formicinæ
– 53 –
est constitué essentiellement d'une solution d'acide formique. Bien que l'acide formique soit
synthétisé à partir de la sérine, l'azote de cet acide aminé n'est pas perdu dans le processus
biochimique; il est récupéré pour d'autres fonctions via la glycine (Hefetz & Blum, 1978a,
1978b). Le venin des Dolichoderinæ ne provient pas de la glande à venin, mais de la glande
pygidiale. Les constituants sont assez variés, mais aucun des produits identifiés jusqu'à
présent ne contient d'azote. Il s'agit de molécules à squelette carboné cyclique ou non, portant
des fonctions cétone, aldéhyde ou alcool (Blum & Hermann, 1978a). Les Myrmicinæ forment
aussi une sous-famille très diversifiée par la nature des molécules constituant les venins. Le
venin est protéique pour une partie des espèces, mais d'autres (Solenopsis, Monomorium et
certaines Messor) produisent des alcaloïdes (Blum & Hermann, 1978b; Morgan, 1992).
Toutes ces substances contiennent de l'azote, à des exceptions intéressantes près. Le genre
Crematogaster, auquel appartiennent de nombreuses dominantes, ainsi que Tetramorium
aculeatum ont un venin constitué de molécules non azotées (respectivement des acétates ou
des lactones) (Daloze et al., 1987, 1991; Merlin et al., 1992; Davidson, 1997).
Qu'en est-il des Pachycondyla ?
Les espèces arboricoles de ce genre ont conservé un mode d'alimentation comparable à
celui des terricoles et leur comportement de capture des proies n'est pas différent. Néanmoins,
le passage à la vie arboricole peut avoir induit des modifications au niveau de la composition
de leur venin en réponse aux contraintes et aux pressions de sélection du milieu.
La détermination des paramètres de toxicité (doses effectives et létales) démontre une
très grande variation interspécifique qui semble assez contradictoire avec la proximité
phylogénétique de ces espèces (article 8). De plus, l'ensemble des espèces étudiées sont des
prédateurs généralistes, c'est à dire que leur venin n'est pas spécifiquement dirigé vers un type
particulier de proie. Cependant, l'analyse des relations entre le mode de vie et les paramètres
de toxicité permet de mettre en évidence des différences entre les espèces arboricoles et les
terricoles, expliquant en partie la variabilité enregistrée. La vie arboricole est corrélée avec la
possession d'un venin plus "puissant". En effet, trois des quatre espèces arboricoles possèdent
un venin dont les effets paralysants (et létaux) sont nettement plus importants que ceux des
autres espèces. Ceci peut se concevoir comme une adaptation au milieu car, en l'absence de
différences dans les comportements prédateurs, la possession d'un venin induisant une
paralysie forte et rapide permet à ces espèces d'immobiliser des proies qui, si elles
échappaient, seraient définitivement perdues. Une telle tendance existe de la même façon chez
les araignées arboricoles ne faisant pas de toiles, elles se retrouvent face aux mêmes
– 54 –
contraintes que les Pachycondyla arboricoles en ce qui concerne la capture des proies (Friedel
& Nentwig, 1989; Nentwig et al., 1992).
Comparaisons qualitatives des venins
Les différences de toxicité des venins des fourmis du genre Pachycondyla suggèrent
certaines variations dans la nature de leurs constituants. Les analyses chromatographiques
démontrent en effet une grande variation entre les profils de chacune des espèces (Figure 3).
La majorité des peptides éluent entre 30 et 50 minutes (35-50% acetonitrile), mais chez les
deux espèces arboricoles étudiées (P. goeldii et P. sp. inversaa), une fraction importante est
constituée de peptides plus hydrophiles, éluant entre 10 et 30 minutes. Cette dernière fraction
n'a, comme nous le verrons par la suite, aucune activité insecticide et sa fonction reste
obscure. Chaque espèce peut donc être aisément caractérisée par le profil chromatographique
du venin, mais aussi par les spectres de masse (Figure 4). Ces derniers mettent également en
évidence une grande diversité des peptides, bien que globalement la majorité ait une masse
comprise entre 2000 et 4000 Da. L'ensemble de ces analyses chimiques et toxicologiques fait
apparaître une grande hétérogénéité au sein du genre Pachycondyla, contrairement à ce que
Escoubas et al. (1997) ont démontré pour les mygales du genre Brachypelma. Chez ces
araignées, les profils des venins permettent de caractériser chacune des espèces, mais les
variations sont souvent mineures et les profils généraux restent très proches. Concernant les
Pachycondyla, les espèces arboricoles apparaissent comme les plus proches par la nature et
par l'effet général de leur venin. Bien que toutes appartenaient précédemment au genre
Neoponera (Kempf, 1972), les points communs observés sont plutôt à mettre en relation avec
leur mode de vie. En effet, d'un point de vue qualitatif global, d'autres espèces (P. apicalis et
P. obscuricornis) qui étaient aussi classées dans ce genre, ont un venin qui semble beaucoup
plus proche de celui des espèces terricoles.
Caractérisation et comparaison des peptides insecticides
Les symptômes développés par les proies après injection de venin sont étonnamment très
similaires pour l'ensemble des espèces (article 8). Ces venins ont une action paralysante qui
peut être divisée en trois phases. Après l'injection, le venin provoque une paralysie rapide des
a
P. sp. inversa est dorénavant séparée du complexe villosa par des caractéristiques morphologiques et chimiques
différentes, voir Lucas et al. (1999).
– 55 –
0.5
0
40
30
Temps (min)
0
10
50
P. constricta
0.5
Absorbance à 215nm
% Acetonitrile
60
1.0
10
20
40
30
Temps (min)
0.5
10
30
40
Temps (min)
50
60
0.5
% Acetonitrile
0.5
Absorbance à 215nm
60
% Acetonitrile
1.0
0
10
20
30
40
Temps (min)
50
10
20
30
40
Temps (min)
50
P. sp. inversa
1.0
60
% Acetonitrile
Absorbance à 215nm
20
P. soror
P. goeldii
Absorbance à 215nm
50
60
50
1.0
1.5
30
40
Temps (min)
0
0
0
20
P. obscuricornis
1.0
1.5
Absorbance à 215nm
0.5
% Acetonitrile
20
60
1.0
% Acetonitrile
60
Absorbance à 215nm
1.0
10
P. harpax
1.5
% Acetonitrile
Absorbance à 215nm
P. apicalis
0.5
0
10
20
30
40
Temps (min)
50
Figure 3. Chromatogrammes HPLC du venin de 7 espèces de Pachycondyla.
(voir article 9, Ants and venoms pour la préparations du venin et HPLC purification
/ Step 1 pour la méthode utilisée lors des séparations).
– 56 –
25000
14000
P. apicalis
P. harpax
Intensité (coups)
Intensité (coups)
20000
15000
10000
5000
10000
6000
2000
0
0
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
1500
2000
2500
Masse (m/z)
Intensité (coups)
Intensité (coups)
15000
10000
0
4500
5000
P. obscuricornis
15000
10000
0
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
1500
2000
2500
Masse (m/z)
30000
20000
3000 3500
Masse (m/z)
4000
12000
P. goeldii
Intensité (coups)
Intensité (coups)
4000
5000
5000
40000
3500
20000
P. constricta
20000
3000
Masse (m/z)
4500
5000
P. soror
8000
4000
10000
0
0
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Masse (m/z)
1500
2000
2500
3000 3500
Masse (m/z)
4000
4500
P. sp. inversa
Intensité (coups)
15000
10000
5000
0
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Masse (m/z)
Figure 4. Spectres de masses MALDI-TOF (Matrix-assisted laser desorption/ionization timeof flight) du venin de 7 espèces de Pachycondyla.
(voir article 9, Mass measurement by MALDI-TOF pour la méthode utilisée).
– 57 –
5000
B
C
A
D
A
C
B
D
1.5
P. goeldii
P. apicalis
B
C
D
P. sp. inversa
0.6
1.0
60
% Acetonitrile
0.5
60
Absorbance à 215nm
60
% Acetonitrile
1.0
Absorbance à 215nm
1.0
% Acetonitrile
Absorbance à 215nm
A
0.5
0.2
30
40
Temps (min)
10
P. apicalis : Fractions B, C et D
0.6
Pa I2
Pa II1
Pa II2
50
0.5
non
séquencé
Absorbance à 215nm
1.0
20
Pg I2
Pg I3
Pa I1
% Acetonitrile
Absorbance à 215nm
0
0
50
30
40
Temps (min)
Pg II2
Pg II3
Pg I4
P. goeldii :
Fraction C
Pg IV1
Pg I5
10
50
Pg II5
0.4
45
0.2
50
60
Temps (min)
70
50
P. sp. inversa : Fractions C et D
Pi I1
Pi I2
1.0
Pi I3 Pi I4
Pi III1
50
0.5
0
0
40
30
40
Temps (min)
Pi II1
Pi II2
0
30
1.5
20
80
35
45
55
Temps (min)
65
75
30
40
Temps (min)
50
60
Figure 5. Chromatogrammes des séparations du venin de P. apicalis, P. goeldii et P. sp. inversa en 4 fractions (A, B, C, et D), ainsi que des
séparations de chacun des peptides des fractions actives contre les insectes.
Les pics (hachurage), ainsi que le nom de chacun des peptides insecticides sont indiqués. Un des pics du venin de P. apicalis n'a pas pu
être séquencé.
– 58 –
% Acetonitrile
20
Absorbance à 215nm
10
% Acetonitrile
0
proies, dose-dépendante et réversible. Cette première phase est suivie par une seconde
paralysie irréversible lorsque les proies sont totalement paralysées; elle entraîne la mort dans
les quatre jours qui suivent l'injection. La paralysie des proies – et non la mort – est une
caractéristique partagée par les autres espèces des sous-familles Ponerinæ et Cerapachyinæ
étudiées; il s'agit d'un caractère ancestral rencontré chez les Hyménoptères solitaires
(Maschwitz et al., 1979; Hölldobler, 1982; Piek & Spanjer, 1986; Schmidt, 1986; Piek et al.,
1989; Fouad et al., 1994; Roces & Gnatzy, 1997).
L'identité des effets suggère une grande similarité dans la nature des toxines, malgré les
différences importantes des profils chromatographiques et des spectres de masse. L'étude de
l'activité insecticide des venins montre que celle-ci est uniquement présente dans les fractions
les plus hydrophobes (Figure 5). Nous avons par ailleurs isolé l'ensemble des peptides des
fractions présentant une activité anti-insectes. Chaque peptide a été injecté à des grillons (voir
article 8 pour le protocole utilisé) et les peptides les plus importants en terme d'activité
insecticide ont été séquencés dans le but d'effectuer une comparaison interspécifique de ceux
impliqués dans la capture des proies.
Le rôle offensif du venin de chacune des espèces est porté par plusieurs peptides (Figure
5). Ainsi, de quatre à sept pics pour chaque espèce (certains contenant deux peptides non
séparés en chromatographie) présentent une forte activité insecticide lorsqu'ils sont injectés en
quantité inférieure à l'équivalent d'une glande. Parmi les autres peptides des fractions actives,
plusieurs ont également une activité anti-insectes, mais cette activité était souvent faible et
non décelable à faible dose. La synthèse de certains peptides du venin de P. goeldii a permis
de quantifier ces molécules dans le venin (par comparaison des aires obtenues en
chromatographie entre les peptides naturels et les synthétiques) et d'étudier plus précisément
leur activité (article 9). Il s'avère que les peptides ayant la plus forte activité ne sont pas
nécessairement ceux qui interviennent de façon prépondérante pour la capture des proies.
Certains peptides peuvent ainsi avoir une forte activité anti-insectes mais peuvent être en
quantité trop faible dans le venin pour que cette activité soit effective. Néanmoins, les
injections d'un mélange des différentes molécules montrent une synergie dans leurs actions
(article 9).
Les séquences des toxines anti-insectes du venin des Pachycondyla mettent en évidence une
grande similarité et donc une conservation de la structure primaire des peptides (Figures 6 à
8). Deux grandes familles sont principalement représentées (I et II), mais d'autres peptides
peuvent avoir un rôle insecticide important et n'en sont pas moins intéressants. Concernant les
– 59 –
Famille
Pourcentage moyen d'homologies
I
Pg
Pi
Pa
Pg vs. Pi
Pg vs. Pa
Pi vs. Pa
71.7
71.7
81.5
72.3
54
50
II
Pg
Pi
Pa
Pg vs. Pi
Pg vs. Pa
Pi vs. Pa
45.2
40
84
46.8
64.7
46.8
Effets
[63.3–86.7]
[56.7–83.3]
[53.3–86.7]
[46.7–66.7]
[43.3–60]
Paralysant
Histolytique
[32 –68]
[28 –72]
[44 –76]
[40 –56]
Paralysant
Peu histolytique
Hémolytique
Tableau 5. Comparaisons intraet interspécifiques des homologies de séquences (en %)
existant entre les peptides des familles I et II. Les homologies ont été calculées
sur la base de peptides de 30 acides aminés (25 pour P. apicalis) pour la famille
I, et de 25 acides aminés pour la famille II.
Pg = P. goeldii; Pi = P. sp. inversa; Pa = P. apicalis.
– 60 –
familles I et II, plusieurs peptides homologues ont été caractérisés pour chaque espèce. Ces
peptides provoquent une paralysie totale et irréversible des proies, selon différents modes
d'action. La famille I est constituée de peptides fortement histolytiques, alors que ceux de la
famille II le sont beaucoup moins et pourraient avoir des effets neurotoxiques. Cependant, ces
derniers sont aussi les seuls à avoir une activité hémolytique, démontrant une certaine
spécificité quant aux cibles affectées.
L'analyse des différences de structures primaires entre chacun des peptides de ces deux
familles apporte des éléments intéressants. Les homologies intraspécifiques moyennes entre
les peptides de la famille I sont comprises entre 71.7 et 81.5%, alors qu'elles n'atteignent que
56.7% chez P. sp. inversa (Tableau 5, Figure 6). De plus, les homologies interspécifiques
existant entre P. goeldii et P. sp. inversa sont de même ordre que les précédentes (72.3%),
alors que les peptides de ces deux espèces présentent nettement moins d'homologies avec
ceux isolés chez P. apicalis. Du point de vue de cette famille de molécules, les deux espèces
de fourmis arboricoles sont plus proches entre elles qu'elles ne sont de P. apicalis. Mais cette
proximité structurale des peptides insecticides ne se vérifie pas lorsque l'on s'intéresse à la
famille II (Tableau 5, Figure 7). En effet, exception faite de P. apicalis, les homologies intraet interspécifiques sont faibles et ne peuvent pas être corrélées aux précédentes. Malgré
l'importante hétérogénéité de cette famille, les effets généraux des peptides sont identiques et
il est possible de déterminer une séquence consensus, comme pour les peptides de la famille I
(Figures 6 et 7). Par ailleurs les peptides de ces deux familles présentent des homologies avec
des peptides connus (article 9). La famille I est proche des cécropines qui forment une famille
de peptides inductibles de l'hémolymphe des Lépidoptères et Diptères, impliqués dans la
réponse immunitaire; ils se rencontrent aussi chez les vertébrés. Les peptides de la famille II
sont proches à la fois des gaegurines, isolés de peaux de grenouilles, et de la melittine,
constituant majeur du venin d'abeille (Apis mellifera). L'ensemble de ces peptides sont connus
pour leurs propriétés antibactériennes (voir partie suivante), et la melittine possède en outre
une activité toxique participant à la fonction défensive du venin d'abeille.
Deux autres peptides sont impliqués dans la fonction offensive du venin. Chez P. sp. inversa,
il existe un peptide de la famille III et un autre de la famille IV chez P. goeldii (Figure 8). Ces
deux familles non spécifiques à chacune de ces fourmis ont été isolées chez les autres. Or,
dans ces derniers cas, ils ne font pas partie des insecticides les plus importants bien que les
homologies de séquences soient importantes. Il semble donc que leur activité soit plutôt à
relier à leur quantité dans le venin.
– 61 –
Masse
MH+
MH+
mesurée
calculée
1
Pg I2
Pg I3
Pg I4
Pg I5
3306.56
3383.61
3163.87
3108.11
3306.88
3381.86
3163.68
3107.79
G
G
D
G
W
W
F
L
K
K
K
K
D
D
D
D
W
W
W
W
L
L
M
V
K
N
K
K
K
K
T
I
G
G
A
A
K
K
G
G
E
E
E
G
W
W
W
W
L
L
L
L
K
K
K
K
A
K
K
K
K
K
K
K
G
G
G
G
P
P
P
P
G
G
G
G
I
I
I
I
V
M
L
L
K
K
K
K
A
A
A
A
A
A
A
A
L
L
M
M
Q
K
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
T
T
T
T
Q
Q
Q
Pi I1
Pi I2
Pi I3
Pi I4
3338.80
3333.15
3206.10
3194.80
3338.80
3332.94
3205.84
3194.82
G
G
G
G
W
W
W
W
R
R
R
K
D
D
D
D
W
W
W
W
L
L
L
L
N
K
K
K
K
K
K
T
G
G
A
A
K
K
G
G
E
E
G
G
W
W
W
W
L
I
L
L
K
K
K
K
K
A
K
K
K
K
K
K
G
G
G
G
P
P
P
P
G
G
G
S
M
I
I
I
V
V
L
L
K
K
K
K
A
A
A
A
A
A
A
V
L
L
L
V
A
K
G
G
A
A
A
A
A
A
A
A
T
V
T
T
Q
Q
Q
Q
Pa I1
Pa I2
3047.80 3047.66 G F K D W M K K A G S W L K K K G P A L I K A A M Q E
2911.70 2911.69 G F M D L I K K A G G W L K K K G P A L I K A A L Q E
Séquence consensus
10
20
30
G W K D W L K K A G E W L K K K G P G I X K A A L X A A T Q
G K G
Figure 6. Comparaison des séquences et séquence consensus des peptides de la famille I isolés
chez P. goeldii (Pg), P. sp. inversa (Pi) et P. apicalis (Pa).
Séquence consensus : gras = présent dans toutes les séquences ou presque; X = pas
d'acide aminé majoritaire.
Masse
MH+
MH+
mesurée
calculée
1
10
20
28
Pg II2
Pg II3
Pg II5
2709.75 2709.69 - - W L G S A L - K I G A K L L 2863.94 2863.78 G I W - G T L A - K I G I K A V 2599.67 2599.58 F - W - G - A L I K
G A A K L I
Pi II1
Pi II2
2043.30 2044.26 F I - - G A A L - - - G A - L T A I P S I I K L F - K NH2
2825.80 2825.76 F L W
G
A L I K - G A G K L I S R V V G S L - - K K K K Q
Pa II1
Pa II2
2586.60 2586.59 F L 2696.80 2696.69 F L -
Séquence consensus
- G G L M - K I G A K L L - G A L L - K I G A K L L -
-
-
P S V V G L F Q K K K K
P R V I S M L - K K K K Q
P S V V G L F - - K K K Q
P S V I G L F - - K K K Q
P S V V G L F - K K K Q Q
F X W X G X A L X K I G A K L L X X P S V V G L F X K K K K Q
L
I
Figure 7. Comparaison des séquences et séquence consensus des peptides de la famille II
isolés chez P. goeldii (Pg), P. sp. inversa (Pi) et P. apicalis (Pa).
Séquence consensus : gras = présent dans toutes les séquences ou presque; X = pas
d'acide aminé majoritaire.
1
10
20
Pi III1
L L K E L W K K I K G A G K A V L G K I K G L L
Pg III1
Pg III2
L L K E L W T K M K G A G K A V L G K I K G L L
L L K E L W T K I K G A G K A V L G K I K G L L
Pg IV1
G E E K D K L M D K M R E T V A A G I D W I K H R F T H H I L P K K N -
NH2
Pg IV2
Pa IV1
G E E K D K F M D K L R E A G A A G I D Y L K H K F T H H I M P K K K D
G K E K D V F M D K L R D A G A A G I D Y L K H
F T H H I V K K K N
NH2
1
10
20
NH2
NH2
30
Figure 8. Comparaison des séquences des peptides des familles III et IV isolés chez P. goeldii
(Pg), P. sp. inversa (Pi) et P. apicalis (Pa). Pi III1 et Pg IV1 sont deux des plus
importants peptides insecticides du venin de P. sp. inversa et P. goeldii,
respectivement. Ils sont comparés à des peptides homologues du venin mais qui
n'interviennent pas de façon primordiale dans la fonction anti-insecte.
– 62 –
Multifonctions des peptides du venin : rôle antibactérien
Trois des 4 familles de toxines n'ont pas une activité spécifiquement dirigée contre les
insectes. En effet, les peptides des familles Pg I, II et III de P. goeldii (Pg) présentent en outre
une activité antimicrobienne marquée, et ceux de la famille Pg II sont aussi hémolytiques
(article 9). Les quantifications des différents peptides ont permis de montrer que chacun d'eux
était en quantité suffisante dans le venin pour avoir une activité in vivo. L'activité
antimicrobienne existe aussi dans le venin total des autres espèces de Pachycondyla étudiées
(obs. pers.), et la similarité des séquences des peptides suggère que cette activité est portée par
les mêmes molécules.
La multifonction des composés du venin des fourmis a été démontrée aussi chez les
Myrmicinæ des genres Solenopsis et Monomorium. Les alcaloïdes du venin de ces espèces ont
des fonctions à la fois insecticides et antimicrobiennes, mais servent encore d'allomones dans
la compétition interspécifique (Escoubas, 1988; Jones et al., 1988; Escoubas & Blum, 1990).
Ces résultats démontrent que même chez des espèces pour lesquelles le venin a une
action principalement offensive, les molécules impliquées peuvent avoir en même temps un
rôle défensif. Si l'activité hémolytique ne peut pas être considérée comme spécifique (les
peptides impliqués ayant probablement une activité globalement histolytique), son existence
révèle la présence d'une activité anti-vertébrés (Schmidt et al., 1984). Par ailleurs, les
propriétés antimicrobiennes peuvent, elles aussi, être considérées comme défensives. La
nidification des fourmis a lieu dans des environnements très riches en micro-organismes,
même si le milieu arboricole est vu comme plus sec et plus "propre" que le sol, d'autant que
les espèces arboricoles éliminent généralement leurs déchets en les laissant tomber au sol
(Hölldobler & Wilson, 1990). Étant donné la proximité génétique et la densité des individus
au sein des colonies de fourmis, les infections par des micro-organismes peuvent avoir des
conséquences extrêmement néfastes. La majorité des espèces de fourmis possèdent sur le
thorax des glandes métapleurales qui sécrètent des substances antibiotiques contrôlant la
prolifération de pathogènes externes (Maschwitz et al., 1970; Maschwitz, 1974; Veal et al.,
1992). De même, le venin de Solenopsis invicta, ainsi que les sécrétions des glandes
mandibulaires de certaines Ecitoninæ présentent une activité antibactérienne intervenant dans
la protection du couvain (Blum et al., 1958; Jouvenaz et al., 1972; Brown et al., 1979;
Schmidt, 1986). Chez les espèces prédatrices, les proies capturées peuvent en effet constituer
une source d'infection. L'existence de peptides antibactériens dans le venin de ces espèces leur
– 63 –
permet donc de "nettoyer" les proies des micro-organismes qu'elles pourraient héberger, et
ainsi d'exercer un contrôle des pathogènes "internes".
Conclusion
Les ressources alimentaires disponibles dans le milieu arboricole sont principalement de
deux catégories : les liquides (nectars extrafloraux et miellats des Homoptères) et les proies.
Chez les Ponerinæ, l'existence d'une vie arboricole est toujours corrélée à une augmentation
de la proportion de ce type de ressource dans l'alimentation. L'impossibilité d'effectuer des
trophallaxies nécessite le développement de stratégies alternatives afin de permettre la
distribution des substances récoltées à l'ensemble de la colonie. En ce sens et en l'absence de
modifications morphologiques, les espèces en question transportent ces liquides grâce aux
forces de tension superficielle entre les mandibules ou sous la tête.
Mais il demeure que ces ponérines restent majoritairement prédatrices. L'étude
comparée des séquences de capture des proies démontre que les Pachycondyla arboricoles ont
un comportement prédateur identique à celui des terricoles. Elles ne présentent aucune
stratégie particulière qui pourrait être mise en relation avec la nature du milieu. Par ailleurs,
elles ont conservé un comportement de réserve face aux proies qui parviennent à s'enfuir, ce
qui peut être considéré comme un caractère ancestral et archaïque. Un tel comportement
prédateur n'est efficace pour ces espèces qu'avec l'appui d'un venin "puissant". Effectivement,
les Pachycondyla arboricoles possèdent un venin dont les effets paralysants et létaux diffèrent
du venin des terricoles. Mais les variations de toxicité ne sont pas corrélées à l'existence de
familles de peptides totalement différentes. Globalement deux grandes familles (I et II) de
peptides insecticides se retrouvent chez les espèces étudiées. Les comparaisons des
homologies aux niveaux intraet interspécifiques donnent des résultats différents entre ces
deux familles. Pour la famille I, les peptides sont proches pour ce qui est des espèces
arboricoles et ils présentent beaucoup moins d'homologies avec ceux isolés chez P. apicalis.
Pour la famille II, les différences sont importantes tant au niveau intra- qu'interspécifique.
Les différences de toxicité des venins peuvent donc provenir de la possession par les
espèces arboricoles de peptides ayant une action plus forte, mais non pas d'un venin
totalement différent de celui des espèces terricoles. Cependant, ces différences sont
suffisantes pour permettre aux ouvrières fourrageuses de capturer un grand nombre de proies
et donc aux colonies d'avoir un mode de vie strictement arboricole.
– 64 –
CONCLUSION GÉNÉRALE
– 65 –
— Conclusion générale —
Conclusion générale
Si le passage à la vie arboricole est un caractère apparu secondairement chez les
fourmis, il reste que presque toutes les espèces sont morphologiquement aptes à adopter un tel
mode de vie. Pourquoi ce phénomène est-il donc si rare chez les Ponerinæ ?
La grande majorité des ponérines arboricoles nidifie dans des structures très
comparables à celles du sol (bois mort encore sur l'arbre et sols suspendus). De tels milieux
s'avèrent également favorables au développement de certaines espèces terricoles car ils sont
souvent riches en arthropodes détritivores, leurs proies potentielles. Ce type de nidification,
première étape des relations entre plantes et fourmis, ne nécessite aucune préadaptation.
Toutefois, la rareté des sites favorables (comparativement au sol) et donc la forte compétition
suscitée pour leur occupation pourrait expliquer la rareté des ponérines arboricoles. Seules les
espèces les plus aptes à résister à la compétition interspécifique ont pu réussir à se maintenir
dans ce milieu. Par la suite, l'établissement de relations spécifiques avec certaines plantes est
un élément qui a pu favoriser le développement de certaines Ponerinæ arboricoles. En effet,
l'attraction des reines fondatrices vers certaines plantes permet une fondation des colonies
dans des sites favorables à leur développement, comme cela existe chez P. villosa et
Odontomachus hastatus (Dejean, 1990a; obs. pers.).
Mais P. goeldii a atteint un degré supérieur sur le plan de l'évolution des relations
plantes-fourmis car son mode de nidification lui permet de s'affranchir de la dépendance de
structures préexistantes. En ce sens, elle a atteint le même niveau d'évolution que les autres
espèces initiatrices des jardins de fourmis. De plus, les préférences de cette espèce pour des
zones dépourvues de la plupart des autres espèces arboricoles et surtout des dominantes, lui
permet d'éviter la compétition.
L'ensemble des éléments comportementaux et écologiques touchant son mode de
nidification, ainsi que l’existence de chenilles parasitant certains épiphytes du jardin en
présence de cette fourmi et sa capacité à vivre en parabiose, montrent clairement que le mode
de vie arboricole de cette espèce n'est pas un phénomène récent. Les associations
préférentielles avec certains épiphytes qui peuvent être expliquées – au moins partiellement –
– 66 –
par une préférence de cette fourmi pour les milieux très ensoleillés, témoignent d'une certaine
spécialisation voire d'une coadaptation.
Ces résultats démontrent que l'élément essentiel à l'origine du succès de P. goeldii est
avant tout de nature comportementale.
Même si cette espèce a atteint le plus haut degré de complexité dans les relations avec
les plantes, elle a cependant conservé certains caractères primitifs qui la rapprochent des
autres Pachycondyla. Bien que son alimentation soit en partie constituée de substances
liquides, il s'agit d'un prédateur généraliste dont le comportement de capture des proies ne
diffère pas de celui des autres espèces. Mais le caractère primitif de son comportement
prédateur est contrebalancé par sa plus grande vitesse de déplacement, couplée à un venin
"puissant" lui permettant de capturer la majorité des proies rencontrées. L'adaptation
comportementale de son mode de nidification est donc aussi associée à une adaptation aux
contraintes du milieu concernant son mode d'alimentation. L'efficacité du venin n'est toutefois
pas une caractéristique propre à P. goeldii, elle existe aussi chez les autres Pachycondyla
arboricoles. Si les molécules impliquées dans la capture des proies ne diffèrent pas
fondamentalement entre les espèces arboricoles et terricoles, les différences de toxicité
observées ne peuvent provenir que de mutations ayant induit des changements dans les
séquences des peptides impliqués. Ces modifications sont-elles un pré-requis ou une
conséquence de la vie arboricole ? En reprenant l'historique des relations entre plantes et
fourmis, les changements qualitatifs du venin apparaissent plutôt comme consécutifs au
passage à la vie arboricole. En effet, la nidification dans les sols suspendus fournit aux
colonies logement et nourriture. Ce n'est qu'en établissant des relations avec des plantes ne
fournissant pas l'ensemble des ressources nécessaires que les ouvrières fourrageuses doivent
parcourir les arbres supports afin de capturer des proies.
La diminution des caractéristiques opportunistes des espèces arboricoles nécessite donc
le
développement
de
traits
physiologiques
venant
appuyer
les
modifications
comportementales.
En conclusion, P. goeldii a su s'affranchir des deux contraintes majeures liées à la vie
arboricole, à savoir d'une part la rareté des sites de nidification et d'autre part la nature et la
distribution des ressources alimentaires. Son adaptation essentiellement comportementale
démontre que les études basées sur l'évolution des Ponerinæ et des espèces "primitives" en
– 67 –
général ne doivent pas être uniquement centrées sur les découvertes d'espèces présentant des
caractères morphologiquement "évolués". Ces résultats soulignent que l'adaptation à
l'environnement arboricole peut être réalisée par l'apparition de traits comportementaux, en
l'absence de toute autre modification morphologique. Seul le statut d'espèce dominante ne
semble donc être possible qu'en relation avec certaines particularités anatomiques et
physiologiques, ajoutées à d'autres traits comportementaux. La vie arboricole est une
caractéristique partagée principalement par des espèces "évoluées", mais le cas de P. goeldii
montre qu'une espèce dite "primitive" peut avoir atteint le même degré d'adaptation. En
conséquence, elle peut être considérée comme une espèce "évoluée" dans la sous-famille
"primitive" des Ponerinæ.
Les modifications physiologiques relatives à la vie arboricole pourraient se vérifier par
l'étude du venin de P. luteola. En effet, cette espèce représente la seule Pachycondyla ayant
des relations strictes et obligatoires avec une plante myrmécophyte (Cecropia). En outre, elle
se nourrit des corps de Müller sécrétés par cette plante et ne semble plus prédatrice. Il est
donc envisageable que cette fourmi possède un venin différent de celui des autres
Pachycondyla, celui-ci n'ayant plus qu'un rôle défensif.
L'importance des facteurs comportementaux dans le passage des ponérines au milieu
arboricole pourrait être vérifiée grâce à l'étude du genre Odontomachus. Dans ce genre, il
existe aussi une espèce arboricole, O. mayi, qui représente l'équivalent de P. goeldii chez les
Pachycondyla. Cette espèce ne nidifie en effet que dans des jardins de fourmis et semble
capable de les initier. Les données recueillies sur cette espèce laissent entrevoir des
associations préférentielles comparables à celle existant chez P. goeldii en ce qui concerne le
milieu (zones humides pour O. mayi) et les épiphytes. Comme P. goeldii et les autres
Ponerinæ, O. mayi est une espèce prédatrice à la différence que ce genre possède des
mandibules modifiées qui s'ouvrent à 180° et qui leur permettent de maîtriser de nombreuses
proies. Or, comme l'immobilisation des proies est un paramètre important dans le milieu
arboricole, il serait intéressant de voir s'il existe des différences dans la composition et/ou les
effets du venin au sein de ce genre.
Ces deux dernières vérifications pourraient constituer un point de comparaison
intéressant et pourraient prolonger les résultats obtenus lors de nos recherches.
– 68 –
LISTE DES ARTICLES
– 69 –
ARTICLE 1
– 70 –
— Article 1 : Relation entre la morphologie du prétarse et la vie arboricole chez les Pachycondyla —
Article 1 : Relationships between pretarsus morphology and
arboreal life in ponerine ants of the genus Pachycondyla
(Formicidæ: Ponerinæ)
Insectes sociaux (soumis)
Jérôme ORIVEL (1), Marie-Claire MALHERBE (1) & Alain DEJEAN (2)
(1)
Laboratoire d'Éthologie Expérimentale et Comparée, ESA CNRS 7025, Université
Paris Nord, avenue JB Clément, 93430 Villetaneuse, France.
(2)
Laboratoire d'Écologie Terrestre, UMR CNRS 5552, Université Toulouse III, 118
route de Narbonne, 31062 Toulouse cedex, France.
Abstract
A study of the morphological traits of the pretarsa and especially tarsal claws and arolia
of 15 arboreal or ground-dwelling species of the genus Pachycondyla (Formicidæ: Ponerinæ)
highlighted two types of possible morphologies. All the arboreal and three ground-dwelling
species have a well-developed arolium in the form of an adhesive pad, while it is always
absent for the others. Moreover, the tarsal claws are spread and horn-shaped for the species
of the first group whereas they are straight and relatively close together for the species
without the adhesive pad. The ability to walk upside down is strictly correlated to the
presence of the pad. If a developed arolium can not be considered as a morphological
adaptation to arboreal life, it constitutes an indispensable characteristic for the apparition of
arboreal behaviour. A secretion coming from the arolium gland was noted in all the species
studied. If the secretion reinforces the suction of the pad, it could also be involved in home
range marking.
– 71 –
Introduction
Ants of the subfamily Ponerinæ are considered as "primitive" as they have retained a
large proportion of their ancestral morphological characteristics. Among them, the limited
dimorphism between queens and workers has two important consequences: (1) a low level of
fecundity in the queens, and (2) a semi-claustral mode of founding new colonies (reviewed in
Peeters, 1997). With a few exceptions, trophallaxis does not exist and cooperation among
foragers is very reduced (Hölldobler & Wilson, 1990; Hashimoto et al., 1995; Liebig et al.,
1997).
Most of the Ponerinæ are ground-nesting species that occupy pre-existing structures. In
contrast, very few species have arboreal nests, with most of these in hanging soil, while only
two Neotropical species exhibit mutualistic relationships with plants, Pachycondyla goeldii
(Forel) and P. luteola (Roger) (Lévieux, 1976c; Davidson & Fisher, 1991; Verhaagh, 1994;
Corbara & Dejean, 1996; Dejean & Olmsted, 1997; Yu & Davidson, 1997; Gobin et al.,
1998a; Orivel et al., 1998b; Orivel & Dejean, 1999b).
Considering that arboreal life requires the ability to walk on vertical substrates or even
upside down, we investigated the morphology of the pretarsus of 15 species of the genus
Pachycondyla, in order to highlight possible differences between ground-dwelling and
arboreal species.
Materials and methods
Species studied
Colonies of Pachycondyla were collected from three different sites.
P. cavinodis
(Mann), P. constricta (Mayr), P. sp. cf. crenata (Roger), P. goeldii (Forel), P. rostrata
(Emery), P. stigma (F.), and P. sp. inversa (F.) were collected in French Guiana. P. apicalis
(Latreille), P. carinulata (Roger), P. crassinoda (Latreille), P. harpax (F.), P. metanotalis
(Luederwaldt), and P. obscuricornis (Emery) were collected in Brazil, and P. senaarensis
(Mayr) and P. soror (Emery) were collected in Cameroon.
According to bibliographical data and personal observations, two major categories were
determined: (1) ground-dwelling species (P. apicalis, P. constricta, P. crassinoda, P. harpax,
P. metanotalis, P. obscuricornis, P. rostrata, P. soror, P. senaarensis and P. stigma), and (2)
strictly arboreal species (P. carinulata, P. cavinodis, P. sp. cf. crenata, P. goeldii and P. sp.
– 72 –
inversa) (Dejean, 1991; Dejean & Lachaud, 1994; Fresneau, 1994; Corbara & Dejean, 1996;
Dejean & Olmsted, 1997).
Moreover, Paraponera clavata (F.) individuals collected in
French Guiana were used for comparison. This species is one of the rare members of the
subfamily Ponerinæ that nests in the ground but forages in the trees.
Sample preparation
From two to five individuals of each species were killed by freezing, then cleaned in an
ultrasonic-wave bath and dehydrated in a graded series of ethanol.
The six legs were
removed, air dried and mounted on aluminium stubs. They were coated with a mixture of
80% gold / 20% palladium and examined with a Leica Stereoscan 440 scanning electron
microscope at 10 kV. In order to examine the arolium gland secretions, the ants were
immobilized using carbon dioxide before the pretarsa were mounted and coated.
Measurements of the angle between claws
The length of and spacing between the claws of all six legs of five individuals from each
species, except P. metanotalis, were measured using a light microscope fitted with an ocular
micrometer.
The angle of the claws was then calculated for each leg from these two
measurements.
Adherence to glass slide
In order to investigate the role of the arolium in adhesion, 20 individuals from all the
Pachycondyla species, except P. metanotalis and P. rostrata, were forced to walk on glass
slides. Each individual was placed at point A of the apparatus and the result was considered
positive (adhesion) if the ant reached point C (Fig. 1). No intra-specific differences were
noted.
C
B
A
Figure 1. Experimental device used to determine the role of the arolium in adhesion to glass.
– 73 –
M
M
A
A
P S
C
C
P S
C
T
T M
C
T
T M
T M
T M
Figure 2. Comparative scheme of two typical pretarsus morphologies. A, arolium; C, claw;
M, manubrium macrosetae; PS, plantal setae; T, terminal tarsomere; TM, tarsal
claw macrosetae.
Species
Nesting habitat
Arolium form
Claw spacing Adherence to glass
P. constricta
P. crassinoda
P. harpax
P. metanotalis
P. senaarensis
P. soror
P. stigma
P. apicalis
P. obscuricornis
P. rostrata
P. carinulata
P. cavinodis
P. goeldii
P. sp. inversa
P. sp. cf. crenata
ground-dwelling
ground-dwelling
ground-dwelling
ground-dwelling
ground-dwelling
ground-dwelling
ground-dwelling
mostly ground-dwelling
ground-dwelling
ground-dwelling
arboreal
arboreal
arboreal
arboreal
arboreal
slightly developed
not developed
slightly developed
not developed
not developed
not developed
not developed
adhesive pad
adhesive pad
adhesive pad
adhesive pad
adhesive pad
adhesive pad
adhesive pad
adhesive pad
56.7 ± 6.6
73.4 ± 7.4
51.9 ± 4.5
n. d.
62.3 ± 7.3
53.8 ± 8.7
61.7 ± 7.9
93.4 ± 13.4
80.4 ± 7.8
75.2 ± 10.5
96.8 ± 9.5
95.7 ± 10.3
113.2 ± 17.2
90.4 ± 8.8
102.3 ± 13.7
No
No
No
n. d.
No
No
No
Yes
Yes
n. d.
Yes
Yes
Yes
Yes
Yes
Table 1. Relationships between nesting habitat, arolium form, claw spacing and adherence to
glass for the 15 species of Pachycondyla studied.
– 74 –
Results
Pretarsus morphology
The constituents of the pretarsa of all Pachycondyla species include: tarsal claws, tarsal
claw macrosetae, manubrium and planta setae, and arolium (Fig. 2). Within individuals, no
differences between the three pairs of legs were observed for any of these structures.
However, interspecific comparisons highlighted two types of possible morphologies of
the tarsal claws. In the first type, the claws are rather straight while in the second type they
are horn-shaped (Fig. 2). Measurements of the angle between claws also showed differences
between these two morphological types. Straight tarsal claws are always less spread than
horn-shaped ones (Table 1). From the 14 species measured, claw spacing ranged from 51.9 to
113.2° with a mean of 79.1°. For the eight Pachycondyla species with horn-shaped claws, the
angle varied from 75.2 ± 10.5 to 113.2 ± 17.2° while for the other group (six species) it
ranged from 51.9 ± 4.5 to 73.4 ± 7.4°.
Scanning electron micrographs of the pretarsa also revealed differences between species
according the structure of the arolium. Three groups of Pachycondyla species have been
defined. The first group includes the Neotropical species P. crassinoda, P. metanotalis and P.
stigma, and the two Afrotropical species, P. senaarensis and P. soror (Fig. 3). For these five
species the arolium is poorly developed, resulting in the absence of the adhesive pad. The
second group, including P. constricta and P. harpax, is characterised by a slightly developed
arolium (Fig. 4). Finally, the third group includes the eight remaining Neotropical species, P.
apicalis, P. obscuricornis, P. rostrata, P. carinulata, P. cavinodis, P. sp. cf. crenata, P.
goeldii and P. sp. inversa (Figs. 5 and 6). These species are characterised by an extremely
developed arolium in the form of an adhesive pad. The adhesive pad is constituted by a soft
and flexible structure (Fig. 1) which expands and creates a suction cup effect when in contact
with the substrate.
Relationship between pretarsus morphology and the ability to walk upside down
Only the eight species of the third group are able to adhere to the surface when forced to
walk on a vertical glass slide or upside down (Table 1). Thus, this ability seems to be due to
the presence of the adhesive pads allowing these ants to grip the substrate through suction.
Scanning electronic micrographs of unwashed pretarsa revealed in every species the
existence of a secretion coming from the arolium gland (Fig. 7). This gland consists of a
– 75 –
reservoir pouch connected to the lumen of the arolium (Hölldobler & Palmer, 1989a). The
secretion produced accumulates in the reservoir which may represent a large part of the
terminal tarsomere. The chemical composition of the secretion is still unknown and, if it is
involved in the adhesion of the pad for ant species of the third group, its role remains
ambiguous for the other species studied.
Discussion
On the basis of the morphological traits of the pretarsa and especially the tarsal claws
and arolia, the fifteen species of Pachycondyla studied can be divided into two groups. The
first pretarsus type is shared by the seven following species: P. constricta, P. crassinoda, P.
harpax, P. metanotalis, P. senaarensis, P. soror and P. stigma. Their pretarsa present an
arolium not or slightly developed and the tarsal claws are straight and close together. None of
these species is able to adhere to glass. In contrast, the eight remaining species (P. apicalis,
P. carinulata, P. cavinodis, P. sp. cf. crenata, P. goeldii, P. sp. inversa, P. obscuricornis and
P. rostrata) have a well-developed arolium in the form of an adhesive pad and spread, hornshaped claws. As these species are the only ones able to walk upside-down on glass, the
arolium enables adhesion to smooth surfaces; the horn-shaped claws act on rough substrates.
Among the very few arboreal ponerine ants, six belong to the genus Pachycondyla: P.
goeldii initiates ant gardens (Corbara & Dejean, 1996), P. luteola inhabits hollow stems of
Cecropia pungara in Peru (Davidson & Fisher, 1991; Verhaagh, 1994; Yu & Davidson, 1997)
and P. carinulata, P. cavinodis, P. sp. cf. crenata and P. sp. inversa colonise pre-existing
structures (Dejean & Olmsted, 1997; Fresneau, pers. comm.; pers. obs.). The five arboreal
species examined in this study (P. carinulata, P. cavinodis, P. sp. cf. crenata, P. goeldii and
P. sp. inversa) possess a pretarsus with morphological traits that enable them to move easily
in the vegetation. This type of pretarsus morphology also occurs in the other Hymenoptera
families (Snodgrass, 1956; Billen, 1986; Conde-Boytel et al., 1989) as in other insect taxa
(Gorb, 1996, 1998). However, if the pad is indispensable in allowing a good grip while
moving in an arboreal habitat, its presence is not strictly correlated to uniquely arboreal
species. Indeed, the three other species that have the same pretarsus morphology (P. apicalis,
P. obscuricornis and P. rostrata) are ground-nesting and foraging, even if P. apicalis can in
certain cases be found in the roots of Ficus at low heights (Fresneau, 1985, 1994). This type
of pretarsus morphology is then more useful to the former genus Neoponera to which these
– 76 –
eight species belong, and contrasts with that of all the other species studied, both Neotropical
and Afrotropical (Kempf, 1972).
Freeland et al. (1982) surveyed a number of ant species from all subfamilies for the
presence of arolia. Their findings showed that only some species of Ponerinæ (including two
Pachycondyla) and Leptanillinæ lacked arolia. Moreover, the males of all species including
the former and those studied here present arolia or the ability to adhere to glass. These
considerations suggest then that the arolium derives from the common ancestor of Formicidæ
and that it has been lost in some ground-dwelling species. As a result, a developed arolium
should not be considered as a morphological adaptation to arboreal life, but rather constitutes
an indispensable characteristic for the apparition of arboreal behaviour. This statement is
reinforced by the fact that the ground-dwelling but arboreal foraging ant Paraponera clavata
has the same pretarsus morphology, and that any of the species without the pad are able to
grip onto smooth surfaces.
Home range marking
Arolium gland secretions have been found in all the ant species studied (Hölldobler &
Palmer, 1989a; Billen, 1993). Billen (1990) postulated that the common occurrence of this
gland in all Hymenoptera of both sexes, probably excludes a pheromonal function and that the
secretion rather has an adhesive role, as demonstrated in syrphid flies (Gorb, 1998).
However, our results show that adhesion to smooth substrates is strictly correlated to the
presence of a well-developed pad. The secretion certainly works together with the pad,
reinforcing the suction-cup effect. In the absence of the pad, the secretion alone does not
allow the ants to stick to the substrate. It might then have another role and could be involved
in home range marking. Various home range or territorial markers coming from the Dufour's
gland or hindgut content have already been described, especially in Myrmicinæ and
Formicinæ species (Hölldobler & Wilson, 1990; Mayade et al., 1993). In the subfamily
Ponerinæ, only a few species lay trails during foraging, but in all species individuals are able
to return directly to the nest (Jessen & Maschwitz, 1985, 1986; Breed et al., 1987; Peeters &
Crewe, 1987; Hölldobler & Palmer, 1989a, 1989b; Hölldobler et al., 1994). Visual cues may
be used by diurnal species (Fresneau, 1985), but this is not a general rule, especially for
nocturnal species. If the arolium gland secretion is deposited each time the legs are in contact
with the substrate, the nest will be the centre of a gradient of deposits. The foragers may then
use this gradient to locate the nest.
– 77 –
Acknowledgements
We are grateful to Dr. D. Fresneau, Dr. C. Djiéto-Lordon and R. Blatrix for their gifts of
ant specimens, to Dr. J.H.C. Delabie for the identification of the ants and to Andrea Dejean
for English corrections on the manuscript.
Figure 3. Electron micrographs of the pretarsa of ground-dwelling species of Pachycondyla,
with a poorly developed arolium and nearly parallel claws. (A) P. crassinoda, (B)
P. metanotalis, (C) P. senaarensis, (D) P. soror, (E) P. stigma. Scale bar = 10 µm.
– 78 –
with a slightly developed arolium. (A) P. constricta, (B) P. harpax. Scale bar =
20 µm.
with a well developed arolium and spread, horn-shaped claws. (A) P. apicalis, (B)
P. obscuricornis, (C) P. rostrata. Scale bar = 20 µm.
– 79 –
Figure 6. Electron micrographs of the pretarsa of arboreal species of Pachycondyla, with a
well developed arolium and spread, horn-shaped claws. The micrograph of
Paraponera clavata is presented for comparison. (A) P. carinulata, (B) P.
cavinodis, (C) P. sp. cf. crenata, (D) P. goeldii, (E) P. sp. inversa, (F) Pa.
clavata. Scale bar = 20 µm.
– 80 –
Figure 7. Electron micrographs of the pretarsa of Pachycondyla workers showing the
secretion of the arolium gland. (A) P. cavinodis, (B) P. metanotalis, (C) P. soror.
Scale bar = 10 µm.
– 81 –
ARTICLE 2
– 82 –
— Article 2 : L'importance des jardins de fourmis dans les zones pionnières de Guyane Française —
Article 2 : The importance of ant gardens in the pioneer vegetal
formations of French Guiana
Alain DEJEAN (1), Bruno CORBARA (2), Jérôme ORIVEL (3), Roy R. SNELLING (4),
Jacques H. C. DELABIE (5) & Monique BELIN-DEPOUX (6)
(1)
(2)
Laboratoire de Psychologie Sociale de la Cognition (ESA CNRS 6024), Université
Blaise Pascal, 33 av Carnot, 63037 Clermont-Ferrand Cedex, France.
(3)
(4)
Natural History Museum of Los Angeles County, 900 Exposition Boulevard, Los
Angeles, California 90007, USA.
(5)
Laboratorio de Myrmecologia, CEPLAC, CEPEC, Itabuna, Bahia, Brasil.
(6)
Laboratoire de Biologie Végétale Tropicale, Université Pierre et Marie Curie, 12 rue
Cuvier, 75005 Paris, France.
Abstract
We compared the spatio-temporal distribution of arboreal ant species in pioneer vegetal
formations of three different ages in French Guiana in order to examine the ants' role in the
dynamics of this suspended habitat. Among the types of arboreal ant nests, ant gardens were
significantly the most frequent, whatever the age of the pioneer formation; myrmecophytes
sheltering ants in domatia occupied the second position. Other kinds of arboreal ant nests
(silk or carton nests; opportunistic nesting in hollowed rotten branches or between tree bark
and epiphytes; nesting in the ground at the bases of trees) were recorded at lower levels.
Among the ant species able to build ant gardens, the Ponerinæ Pachycondyla goeldii was
unexpectedly predominant in young formations.
However, its presence decreased as a
function of the age of the formation, while ant gardens sheltering Camponotus femoratus or
– 83 –
Crematogaster limata parabiotica, either alone or in parabiosis, increased. The epiphytic
composition of the ant gardens depended on the ant species sheltered. In parabiosis, this
composition was mostly influenced by C. femoratus. This information enabled us to confirm
our hypothesis that the nature of the ant species distribution and its accompanying impact on
pioneer vegetal formations is not static, but changes over time.
Introduction
In pioneer vegetal formations, plants are characterised by rapid, continuous growth and
the copious production of leaves and soft wood, permitting them to maintain their exposed
position in this highly insolated, competitor-rich environment. With no opportunity to escape
herbivores through intermittent growth and anti-insect molecules, as is the case in the canopy,
these plants may depend heavily on ants to protect their young leaves. As a result, many
pioneer plants provide ants with a regular food source, such as extrafloral nectaries or food
bodies. Some of these plants, called myrmecophytes, also provide shelter for ants in the form
of domatia (hollowed branches, spines or pouches situated on leaves) (Beattie, 1985; Jolivet,
1996; Moog et al., 1998).
In tropical America, some arboreal ant species build carton nests into which they
incorporate epiphyte seeds that germinate, then the development of the epiphytes form ant
gardens. The ants and epiphytes associated in the ant gardens are restricted to a few species
(Madison, 1979; Kleinfeldt, 1986; Belin-Depoux, 1991; Corbara & Dejean, 1996; Orivel et
al., 1998b). In this symbiosis, the epiphytes benefit from seed dispersal to sites favourable for
germination, development, mineral provisioning, and protection against herbivory, while the
ants benefit from a stable arboreal nest structure, seeds, in certain cases, the availability of
extrafloral nectaries and fruit pulp, and perhaps the antifungal properties of epiphyte roots
(Kleinfeldt, 1986; Davidson & Epstein, 1989; Yu, 1994).
Frequently, two colonies belonging to two ant species share the same ant garden. This
non-obligatory association is termed parabiosis. Nevertheless, the brood of each colony is
kept separately, and the individuals of the associated colonies do not share the same colony
odour. Each worker learns both its colony odour and that of the parabiotic colony (Davidson,
1988; Orivel et al., 1997).
In this study, we compared pioneer vegetal formations of different ages in order to
determine at what point ant gardens begin to appear, their prevalence and related impact, and
– 84 –
the variation of their composition in terms of both ants and their associated epiphytes as the
vegetal formations mature.
This study was carried out in Sinnamary, French Guiana in 1994 and 1995 on nine
vegetal formations that had developed in zones which had been stripped clear by bulldozer 4,
7, and 10 years earlier, respectively, a situation which provided us with experimental
conditions under which to examine the spatio-temporal dynamics of this habitat. In each
formation (three formations of each age) samplings were conducted on 25m-long sections,
resulting in a total of 150 meters of forest edge examined in each case.
The climatic
conditions were stable during the ten-year period preceeding the samplings.
In the studied areas, each tree was thoroughly inspected in order to record the presence
of arboreal nesting ant nests as well as the nests of ground-nesting, arboreal-foraging species.
Voucher specimens were deposited both in the Museum of Natural History of Los Angeles
County, California, USA, and the Laboratorio de Myrmecologia, Itabuna, Bahia, Brasil. The
arboreal ant species were classified according to their nesting behaviour: (1) ground-nesting,
arboreal-foraging species, with nests situated at the bases of trees; (2) broad-range nesting
species noted either in hollowed dry or rotten branches, in suspended soils, or between the
leaves of certain epiphytes; (3) species nesting in the domatia of myrmecophytes; (4) species
able to build their own nests with the silk of larvae, or with carton; and (5) species able to
develop ant gardens. We then inspected ant gardens in situ in order to identify the epiphyte
species, and we opened them to collect samples of ants with an aspirator.
An experiment was conducted later (1996) on five 7-year old and three 10-year old
pioneer vegetal formations of more 100m. The nests of C. femoratus/Cr. l. parabiotica were
first counted and we noted if the nests were occupied by both species or only one of them.
We then conducted aggressiveness tests by transporting workers of both species from one nest
to the other in order to note if they were accepted or not. When accepted we considered that
they belonged to the same colony, when attacked and killed, that they belonged to two
different colonies. We were therefore able to deduce for each of these polydomous colonies
(1) the total number of nests, and (2) the number of nests occupied by one or the other ant
species or by both.
– 85 –
Age of the pioneer formation
Ant species
four
years
%
seven
years
%
ten years
%
1- Nest in the ground but numerous foraging workers occupy tree foliage
Ectatomma tuberculatum (Ponerinæ)
0.0
1.0
Paraponera clavata (Ponerinæ)
0.0
0.0
2.2
0.6
2- Opportunistic (rotten hollowed branches; association with epiphytes)
Pachycondyla villosa (Ponerinæ)
0.0
0.0
Cephalotes atratus (Myrmicinæ)
0.0
0.0
0.3
0.6
3- Associated with a myrmecophyte
Azteca alfari and A. traili in Cecropia obtusa
and C. peltata
Azteca sp. in Tococa guianensis
37.7
27.0
28.2
0.0
2.0
1.2
0.0
1.2
0.0
0.0
0.0
0.0
1.3
1.0
0.0
10.0
0.0
3.0
1.2
0.9
3.8
0.3
0.9
6- Build arboreal carton nests and initiate ant gardens
Odontomachus mayi (Ponerinæ)
0.0
Pachycondyla goeldii (Ponerinæ)
55.8
Crematogaster limata parabiotica (Myrmicinæ)
0.0
Camponotus femoratus
5.2
0.0
33.0
3.0
0.0
0.9
9.8
4.8
10.5
4- Build arboreal nests thanks to the silk secreted by the larvae
Camponotus senex (Formicinæ)
0.0
5- Build arboreal carton nests
Azteca chartifex (Dolichoderinæ)
Dolichoderus attelaboides (Dolichoderinæ)
Dolichoderus bidens
Dolichoderus bispinosus
Dendromyrmex chartifex (Formicinæ)
Parabiosis (C. femoratus + Cr. l. parabiotica)
0.0
20.0
32.1
No. of cases
77
100
315
Table 1. Distribution of the 17 most frequent arboreal ant species along the three compared
pioneer vegetal formations. We did not take into account the broad-range nesting
species listed in Table 2, and Pseudomyrmex spp. (Pseudomyrmecinæ) and
Zacryptocerus spp. (Myrmicinæ), as the nests were difficult to locate.
Statistical comparisons (Bonferroni corrections).
Azteca / Cecropia
D. bidens
P. goeldii
Cr. l. parabiotica
C. femoratus
Parabiosis
4- vs. 7-year
old formation
NS
P < 0.01
P < 0.01
NS
NS
P < 0.001
– 86 –
4- vs. 10-year
old formation
P < 0.001
NS
NS
P < 0.001
7- vs. 10-year
old formation
NS
P < 0.05
P < 0.001
NS
P < 0.001
NS
Statistical comparisons were made using Fisher's exact-test (StatXact 2.05 software).
Appropriate probabilities were adjusted for the number of simultaneous tests, using the
sequential Bonferroni procedure (Rice, 1989). For Factorial Components Analysis we used
SPAD 3.01 software.
Results
Prevalence and impact of ant gardens
In the 4-year old formations four out of the five kinds of nesting habitats were noted,
ground-nesting, arboreal-foraging ants being absent. Silk or carton nests are rare at that stage
(significantly less frequent than in the 7-year old formations), and most ant gardens are in
their initial phase. Only four ant species out of 17 were recorded in the 4-year old formations;
six others appeared in the 7-year old formations; and the remaining seven were recorded only
in the 10-year old formations (Table 1).
As the shrubs, saplings and trees grow, increased shade is accompanied by a progressive
shift between the five different ant nesting modes (Table 1; Fig. 1), resulting in a significant
difference between the 4- and the 7-year old formations (P < 0.01), but not between the 7- and
the 10-year old formations (P = 0.46; NS). Nevertheless, the ants noted during the first seven
years of a formation were then replaced by other species recorded in the 10-year old
formations. The main variations concerned ants able to develop ant gardens. The number of
Pachycondyla goeldii nests significantly decreased with the age of the formations, while the
contrary was true for Camponotus femoratus and Crematogaster limata parabiotica (by
pooling cases when they were alone or in parabiosis; Table 1).
Azteca-Cecropia tree
associations slightly decreased with the age of the formation (no significant differences). As
was previously known, the number of surviving Cecropia decreased dramatically in
formations older than 10 years, with only the non-myrmecophilic species C. sciadophylla able
to compete with the rest of the vegetation. Dolichoderus bidens, as well as Azteca-Tococa
guianensis associations, absent in the 4-year old formations, were more frequent in the 7-year
old than in the 10-year old formations.
– 87 –
%
70
60
Four-year old formation
50
Seven-year old formation
40
Ten-year old formation
30
20
10
0
Myrmecophyte
Silk + carton
nests
Ant gardens
Opportunistic
Ground nesting
Figure 1. Distribution of the principal kinds of arboreal ants, according to their nesting mode
in the three pioneer vegetal formations. Note that in all three stages of succession
ant gardens dominated, while ants sheltering in the domatia of myrmecophytes
occupied the second position (for details see Table 1).
Elements compared
Total (Montecarlo method)
Myrmecophytes
Silk + carton nests
Ant gardens
Opportunistic nesting
Ground nesting
Myrmecophytes vs.
ant gardens
silk + carton nests
4- vs. 7-year old
formation
P < 0.01
NS
P < 0.001
NS
NS
4- vs. 10-year old
formation
NS
NS
P < 0.05
NS
NS
NS
4-year old formation 7-year old formation
P < 0.01
P < 0.001
P < 0.001
P < 0.05
7- vs. 10-year old
formation
NS
NS
NS
NS
NS
NS
10-year old formation
P < 0.001
P < 0.001
The ecological role of ant species able to initiate ant gardens is important as they were
the most frequent species in the three pioneer vegetal formations compared (Fig. 1). Since
most of the ant gardens were in their initial phase in the 4-year old formations, we deduced
that they began to colonise the pioneer vegetation during the third year. This information
permitted us to search for incipient colonies of P. goeldii in 3-year old formations in order to
conduct studies on the biology of this species, and incidently to note that this species
colonized first. Nevertheless, nests of C. femoratus were also recorded in the 4-year old
formations, but at a low rate, while Cr. l. parabiotica appeared in older formations, mainly in
a parabiotic association with C. femoratus. We did not record C. femoratus alone in the 7year old formations, while both species were noted in the 4- and the 10-year old formations
(Table 1; Fig. 2).
– 88 –
Age of the pioneer formation
Ant species occupying the ant gardens (% of presence)
four years
1- Species able to initiate ant gardens
Odontomachus mayi + Crematogaster sp.
Odontomachus mayi + Dolichoderus sp.
Crematogaster limata parabiotica
Parabiosis (C. femoratus + Cr. l. parabiotica)
Cr. l. parabiotica + Nasutitermes sp. (Isoptera)
Cr. l. para + C. femoratus + O. mayi + Zacryptocerus sp.
2- Broad-range nesting species
Pachycondyla villosa + Crematogaster sp. limata
Ectatomma tuberculatum (Ponerinæ) + Pheidole sp.
Odontomachus hastatus
Pheidole sp. (Myrmicinæ)
Dolichoderus sp. SJ
Dendromyrmex chartifex (Formicinæ)
70.5
seven years
ten years
55.0
5.0
1.0
0.5
16.1
7.8
17.1
52.3
6.6
33.3
1.7
0.5
0.5
1.0
1.7
0.5
14.7
6.6
1.6
3- Dominant arboreal ant species
Azteca chartifex
Azteca chartifex + Dolichoderus sp.
Dolichoderus bidens
0.5
3.3
0.5
1.6
No. of ant gardens recorded in each pioneer formation
61
60
193
Table 2. Ant species diversity and distribution among the 314 ant gardens recorded in the
three pioneer vegetal formations.
(1) 4-year old formation: P. goeldii vs. C. femoratus P < 0.001.
(2) 7-year old formation: P. goeldii vs. parabiosis P < 0.05;
(3) 10-year old formation: P. goeldii vs. parabiosis P < 0.001; P. goeldii vs. C. femoratus NS; P.
goeldii vs. Cr. l. parabiotica P < 0.05; C. femoratus vs. Cr. l. parabiotica P < 0.05; C. femoratus
vs. parabiosis P < 0.001; Cr. l. parabiotica vs. parabiosis P < 0.001.
(4) Comparisons between the three formations (Montecarlo method):
Elements compared
P. goeldi
C. femoratus
Cr. l. parabiotica
parabiosis
4- vs. 7-year old
formation
NS
NS
NS
P < 0.001
4- vs. 10-year old
formation
P < 0.001
P < 0.001
NS
P < 0.001
– 89 –
7- vs. 10-year old
formation
P < 0.001
P < 0.001
NS
P < 0.05
Intrigued by the latter result, we later conducted aggressiveness tests in other vegetal
formations, five 7-year and three 10-year old formations. In the 7-year old formations we
noted four to six polydomous colonies of three to 10 nests (22 colonies and 98 nests in total).
In four out of the five of them all the nests were occupied by the parabiosis, while in the latter
seven nests out of 24 belonging to two different colonies were occupied by only Cr. l.
parabiotica. In the 10-year old formations, we noted 36, 61, and 104 nests, respectively.
Each time all the nests belonged to the same colony whose total population was very great.
Of the 201 nest recorded in total, 162 were occupied by the parabiosis, 22 by only Cr. l.
parabiotica, and 18 by only C. femoratus.
%
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Four-year old formation
Seven-year old formation
Ten-year old formation
P. goeldii
Parabiosis
C. femoratus
Cr. l.
parabiotica
Others
Figure 2. Distribution of the ant species occupying ant gardens in the three pioneer vegetal
formations. Note the importance of the parabiosis between C. femoratus and Cr. l.
parabiotica in the 7- and the 10-year old pioneer formations. For details see
Table 2.
Ant species recorded in ant gardens
The 314 ant gardens recorded in the three pioneer formations included ant species able
to initiate ant gardens, broad-range nesting species, and dominant arboreal species. P. goeldii,
C. femoratus and Cr. l. parabiotica were by far the most frequent (Table 2). Odontomachus
mayi was found at a low level. Populations of P. goeldii declined in the older formations,
being supplanted by C. femoratus and Cr. l. parabiotica that were the most frequent in the 10year old formations (Table 2; Fig. 2).
In the 10-year old formations, we noted a larger ant species diversity than in both
younger formations (14 versus five ant species for both other cases; Table 2). Broad-range
nesting species opportunistically nested in abandoned gardens, while large colonies of Azteca
chartifex extended their territories to the detriment of P. goeldii.
– 90 –
%
Four-year old pioneer formation
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 43 ant gardens
P. goeldii
0
0
0
Seven-year old pioneer formation
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 53 ant gardens
Codonanthe
Peperomia
Aechmea
Philodendron
Anthurium
Others
P. goeldii
Parabiosis
0
0
Ten-year old pioneer formation
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
N = 180 ant gardens
P. goeldii
Parabiosis
C. femoratus
Cr. l. parabiotica
Figure 3. Relationships between ant and epiphyte species in the ant gardens of the three
pioneer formations. The total of the frequencies of the epiphyte species for one ant
species can be higher than 100% because of the possibility of having more than one
epiphyte species per ant garden. For details see Table 2 and 3.
P. goeldii
Parabiosis
Aechm. vs. Anthur.
Aechmea vs. Codo.
P < 0.001
P < 0.001
P < 0.05 *
P < 0.05 *
P. goeldii
Parabiosis
C. femoratus
Cr. l. parabiotica
Parabiosis
C. femoratus
Cr. l. parabiotica
P < 0.001
P < 0.001
P < 0.001
P < 0.01
NS **
Peper. vs. Codo
Peper. vs. Aechm.
P < 0.001
P < 0.001
NS
Anthur. vs. Codo.
NS
P < 0.001
NS
NS **
Peper. vs. Philod.
N.S.
When we recorded the same value for Aechmea and Peperomia: *; for Peperomia and Codonanthe: **.
– 91 –
Ant-epiphyte relationships
We found 10 epiphyte species belonging to eight families in the 314 ant gardens
inspected (Table 3; Fig 3); five of them (i.e., Aechmea mertensii, Codonanthe calcarata,
Peperomia macrostachya, Anthurium gracile, Philodendron myrmecophilum) represented
94.7% of the total epiphytes recorded.
In the 4-year old pioneer formations, 55.8% of the nests of P. goeldii and all those of C.
femoratus were young, with carton apparent, epiphyte seeds in germination and small
epiphytes, resulting from a recent colonisation of the site by these ants. The remaining nests
of P. goeldii (Fig. 3) and those of the three other ant species encountered supported ant
gardens of Aech. mertensii alone.
Conversely, all the ant gardens of the 7-year old pioneer formations were well
established, most epiphytes producing or having produced fruits. The epiphytic compositions
differed according to the ant species living in the gardens. P. goeldii was significantly
associated with Aech. mertensii, and the parabiosis between C. femoratus and Cr. l.
parabiotica was associated with Codo. calcarata (Fig. 3).
In the 10-year old formations, we again found that the associations between P. goeldii
and Aech. mertensii and between the parabiosis and Codo. calcarata were predominant (Fig.
3). Moreover, the epiphytic composition did not differ significantly between the 7- and the
10-year old pioneer formations for ant gardens occupied by P. goeldii (P = 0.17; NS) or by
the parabiosis (P = 0.39; NS). C. femoratus alone was principally associated with Peper.
macrostachya and Codo. calcarata (very close percentages; P = 1.0; NS). The same was true
for Cr. l. parabiotica, but the distribution of the other epiphytes was different (comparison
with ant gardens occupied by C. femoratus: P < 0.01). The comparison of the epiphyte
distribution in ant gardens occupied by the parabiosis versus occupied by Cr. l. parabiotica
alone resulted in significant differences (P < 0.05), but not with those occupied by
C. femoratus alone (P = 0.45; NS).
It seems, therefore, that a certain similarity exists between the epiphytic composition of the
ant gardens occupied by the parabiosis or by C. femoratus alone (see Fig. 3). To investigate
this further we performed the Factorial Correspondence Analysis presented in Fig. 4. The
first axis (factor 1) opposes (1) P. goeldii to the parabiosis between C. femoratus and Cr. l.
parabiotica (90.8% of the variance), and to C. femoratus (85.8%); and (2) Aech. mertensii to
Peper. macrostachya (84.9%), Philo. myrmecophilum (78.1%), and Codo. calcarata (76.1%).
The second axis (factor 2) opposes (1) Cr. l. parabiotica to C. femoratus (64.7%); and (2)
– 92 –
6.1
33
No. of ant gardens recorded
20
90.0
50.0
50.0
10.0
10.0
5.0
7
42.9
85.7
31
16.1
29.0
9.7
80.6
P. goeldii
33
20.0
13.3
3.0
15
6.7
40.0
40.0
26.7
6.7
20.0
101
3.0
72.3
48.5
21.8
15.8
12.9
6.9
13
69.2
30.8
61.5
23.1
46.2
7.7
7.7
7.7
15.4
Cr. l.
Parabiosis Other ants
parabiot.
60.6
63.6
24.2
24.2
6.1
C.
femoratus
10-year old pioneer formation
– 93 –
Table 3. Percentages of ant and epiphyte species relationships in the ant gardens of the 7- and the 10-year old pioneer vegetal formations. The
total of the percentages of the epiphyte species for one ant species can be higher than 100% because of the possibility of having more
than one epiphyte species per ant garden. Parabiosis = C. femoratus and Cr. l. parabiotica.
27.3
72.7
21.2
Codonanthe calcarata (Gesneriaceæ)
Peperomia macrostachya (Piperaceæ)
Aechmea mertensii (Bromeliaceæ)
Philodendron myrmecophilum (Araceæ)
Anthurium gracile (Araceæ)
Clusia sp. (Guttiferæ)
Markea formicarum (Solanaceæ)
Streptocalyx angustifolium (Bromeliaceæ)
Ficus myrmecophila (Moraceæ)
Epidendrum schomburkii (Orchidaceæ)
P. goeldii Parabiosis Other ants
7-year old pioneer formation
"other epiphytes" to Peper. macrostachya (72.6%), and Anthur. gracile to Codo. calcarata
(71.1%). The simultaneous representation of the two clusters of points (Fig. 4) highlights the
preference of P. goeldii for Aech. mertensii and the preference of C. femoratus for Peper.
macrostachya, Philo. myrmecophilum, and Codo. calcarata. Note that the same epiphytes
were associated with the parabiosis between C. femoratus and Cr. l. parabiotica, while Cr. l.
parabiotica alone is opposed to this group.
The epiphytic composition of ant gardens
sheltering this parabiosis is therefore mostly influenced by C. femoratus.
C. femoratus
0.25
P. goeldii
Peper.
macrostachya
Aech. mertensii
Codo. calcarata
C. femoratus /
Cr. l. parabiotica
0
Factor 2 (29.86%)
Philo.
myrmecophilum
-0.25
Anthur. gracile
Other ant species
-0.5
Cr. l. parabiotica
-0.75
Other epiphyte species
-1.0
-0.75
-0.5
-0.25
0
0.25
Factor 1 (65.23%)
Figure 4. Simultaneous representation of the distribution of the ant and the epiphyte species
of the ant gardens (Factorial Correspondence Analysis from the 10-year old pioneer
vegetal formation presented in Fig. 3). The first two axes account for 95.09% of
the variance.
– 94 –
Discussion
Spatio-temporal changes during the development of the pioneer vegetal formations
During the initial period, the profusion of Cecropia associated with Azteca develops and
is at its maximum around the third year (pers. obs.).
It then decreases, while Tococa
associated with other Azteca species develops in turn. Around the fourth year, ecological
conditions favour the installation P. goeldii that becomes the most frequent arboreal species
of these pioneer vegetal formations. Then, environmental changes cause the population of P.
goeldii to decrease, while favouring colonization by competing species. Older formations are
therefore characterised by: (1) opportunistic species occupying ant gardens abandoned by P.
goeldii in extremely shady zones; and (2) large territories occupied by C. femoratus and Cr. l.
parabiotica living alone or in parabiosis. Large colonies of Azteca chartifex also begin to
install themselves at this stage. Later, C. femoratus, Cr. l. parabiotica, and Azteca chartifex,
which belong to the so-called "dominant" ant species (characterised by large colonies, marked
aggressiveness, defence of territories that are distributed in a mosaic pattern; Majer, 1993)
become frequent, as they are in cocoa and citrus tree plantations and in forest canopies
(Delabie et al., 1991; Dejean et al., 1997a; Orivel et al., 1998a), while other dominant ant
species also begin to appear.
The place of P. goeldii
Apart from ants associated with Cecropia, it is unexpectedly P. goeldii, a Ponerinæ, that
first colonizes plants in the pioneer vegetal formations. Ponerinæ are considered to be
"morphologically primitive" and are mostly ground nesting, sheltering in available hollowed
structures, another primitive trait; however, arboreal species do exist (Hölldobler & Wilson,
1990). Among them, the fact that P. goeldii has evolved highly developed relationships with
plants is now well-known (Davidson, 1988; Davidson & Epstein, 1989; Corbara & Dejean,
1996; Orivel et al., 1997). The present results emphasise its abundance in pioneer vegetal
formations, while previous studies reported its presence in older formations, including the
forest canopy, but at a lower rate (Orivel et al., 1998a; Dejean et al., 1999a).
Some considerations permit us to hypothesise as to why P. goeldii appears first among
the arboreal ants (other than those ants associated with Cecropia) in a particularly sunny and
dry environment. When subjected to a choice test, the workers of P. goeldii are especially
attracted to the seeds of Aech. mertensii, a tank bromeliad which is highly resistant to
– 95 –
desiccation and which provides water for its associated ants (Orivel et al., 1998b; Orivel &
Dejean, 1999b). Furthermore, P. goeldii founds colonies during the rainy season, which
permits the seedlings of Aech. mertensii to develop quickly (Corbara & Dejean, 1996).
In the two older formations, the ant gardens elaborated by P. goeldii were composed of
several epiphytes, with Aech. mertensii being the most frequent, permitting this ant to nest in
drier environments than C. femoratus and Cr. l. parabiotica. These latter species were
associated with Codo. calcarata and Peper. macrostachya, both shade-tolerant epiphytes.
Ants opportunistically occupying ant gardens
Other than dominant species occupying ant gardens during the extension of their
territories, several other ants such as Crematogaster spp., Pheidole spp., Zacryptocerus spp.,
and C. abdominalis are known for their opportunistic arboreal nesting behaviour, while
Dendromyrmex chartifex is able to build carton nests, and Dolichoderus sp. SJ has been
recorded between the leaves of Aech. mertensii (Hölldobler & Wilson, 1990; Dejean et al.,
1997a). Among the three Ponerinæ recorded, P. villosa is known for its association with
Aech. bracteata (Dejean & Olmsted, 1997).
This epiphyte also sometimes shelters
Ectatomma tuberculatum, although this species is known for its ground-nesting, arborealforaging behaviour.
Odontomachus hastatus is generally associated with the epiphytic
Araceæ Philodendron insigne (pers. obs.).
The presence of Nasutitermes in bromeliad
epiphytes generally occupied by arboreal ants has been previously recorded (Dejean &
Olmsted, 1997).
The parabiotic association between C. femoratus and Cr. l. parabiotica
From the experiments on aggressiveness we gathered arguments permitting us to
propose the following scenario.
C. femoratus intalls itself first, then Cr. l. parabiotica
associates itself in parabiosis. Later, as the colony size increases, new nests are created by
each species independently, while others are created in association.
Previous published information on parabiosis concerns: (1) the composition (i.e., only a
few species can live in association); (2) the complementarity of the ants' foraging behaviour
(they can share chemical trails and exploit the same food sources, but they can also compete);
(3) protection against enemies and competitors; and (4) colonial odour (interspecific
recognition). We confirmed two other traits in this study: (1) C. femoratus creates a number
of ant gardens (not all) that are later shared with Cr. l. parabiotica; and (2) the epiphytic
– 96 –
composition of the ant gardens occupied by the parabiosis is mostly due to the activity of C.
femoratus (Swain, 1980; Kleinfeldt, 1986; Davidson, 1988; Davidson & Epstein, 1989; Orivel
et al., 1997).
In conclusion, this work enabled us to show: (1) that ant species distribution is not
static, but changes over the time as the pioneer vegetation changes; and (2) that the prevalence
of ant gardens in pioneer formations begins in the fourth year, unexpectedly with a Ponerinæ,
then continues with the subsequent colonization by dominant species. Due to their large
number, aggressiveness and predatory behaviour, ants able to induce ant gardens undoubtedly
have a role in the protection of the pioneer vegetation against herbivores.
Acknowledgements
This study was supported by a grant from the SOFT program of the French Ministry of
Environment managed by Dr. M. Belin-Depoux.
We are grateful to the Laboratoire
Environnement de Petit Saut (EDF - CNEH), ORSTOM of Cayenne, and SYLVOLAB
Guyane for logistical help.
– 97 –
ARTICLE 3
– 98 –
— Article 3 : Rôle de deux espèces de Ponerinæ dans l'élaboration des jardins de fourmis —
Article 3 : Active role of two ponerine ants in the elaboration of
ant gardens
Biotropica (1998) 30 : 487-491
Jérôme ORIVEL (1), Alain DEJEAN (1) & Christine ERRARD (2)
(1)
Laboratoire d'Éthologie Expérimentale et Comparée, UPRES-A CNRS 7025,
Université Paris Nord, avenue JB Clément, 93430 Villetaneuse, France.
(2)
Laboratoire d'Éthologie et Pharmacologie du Comportement, Université François
Rabelais, Faculté des Sciences et Techniques, Parc de Grandmont, 37200 Tours,
France.
The ants of the subfamily Ponerinæ generally are considered to be primitive on the basis
of morphological criteria (numerous species have retained some ancestral morphology of
wasps) and their social organisation (reviewed in Peeters, 1997). The colonies usually have
few members, are monogynous, exhibit little dimorphism between queens and workers, and
have a monomorphic worker caste. Most of the species are predatory with a crop that does
not permit trophallaxis. Finally, their nest is usually terrestrial, exhibiting a simple structure
with existing cavities taken over.
Although
some
Ponerinæ
(Anochetus
emarginatus,
Odontomachus
mayi,
O. haematodus and Pachycondyla goeldii) are known to live in ant gardens (and thus are
exceptions to the general terrestrial life style of this subfamily), they are rarely recorded in
such gardens and are considered to be opportunistic species that live in abandoned gardens
(Kleinfeldt, 1986; Davidson, 1988; Davidson & Epstein, 1989). These ant gardens result
from the association between epiphytes and arboreal ants, primarily the derived Mymicinæ,
Dolichoderinæ, and Formicinæ (Davidson, 1988). Discovered by Ule (1901), a typical nest is
a carton constructed with plant fibers in which epiphytes develop.
Two hypotheses have been proposed as to the origin of ant gardens. Ule (1905, 1906)
believed that the ants planted epiphyte seeds whose roots developed the structure of the carton
nest to preserved. Wheeler (1921) refuted this hypothesis, postulating that the epiphyte
preceded the ant. Nonetheless, several studies have validated Ule's hypothesis and found that
– 99 –
the ants are attracted to the fruits and especially the seeds of the epiphytes which are then
transported and integrated into the carton of the nest (Kleinfeldt, 1978; Madison, 1979). For
Camponotus femoratus, this attraction seems to be due to compounds present on the seed
surface, such as methyl-6-methylasalicylate, benzothiazole, phenyls or terpenes (Davidson et
al., 1990; Seidel et al., 1990). In addition, only those ants that tend to occupy ant gardens
appear to be sensitive to these compounds, even after the seeds have passed through the
digestive tract of frugivorous vertebrates (Davidson, 1988).
The objective of this study was to verify whether or not P. goeldii and O. mayi were
capable of establishing ant gardens as in the case of certain species of Myrmicinæ,
Dolichoderinæ, and Formicinæ (cf. Davidson, 1988).
To that end, we investigated the
following four questions: (1) are the workers of P. goeldii and O. mayi attracted to the seeds
of various plants, in particular to those of the epiphytes present in the ant gardens?; (2) do
they transport these seeds to their nests?; (3) do they plant these seeds in the walls of their
nests?; (4) are these seeds capable of germinating?
This study was conducted in the laboratory on nine ant gardens originating from a zone
in the forest edge in Petit Saut, French Guiana (seven gardens were inhabited by P. goeldii
and two by O. mayi). Each garden was attached to a stake above a 30 x 25 x 15cm plastic box
wich served as a hunting arena. Three additional colonies of P. goeldii were raised in plaster
nests also connected to a hunting arena (30 x 25cm). The ants reconstructed their carton nests
out of materials (plant fibers and earth) provided for them. On a daily basis, the colonies were
given honey and cricket larvae captured by the workers. For our experiment, seeds were
placed on a plate of glass which was then placed on the floor of the hunting arena. The seeds
were left in the hunting arena for 12 hours. Each test was conducted with 1-5 seeds of one
species of plant and was repeated from 3 to 40 times. The order of the tested plants and the
number of repetitions were determined according to the availability of seeds. The remaining
seeds were then counted which permitted us to compare the reaction (transported or not
transported) of the ants to the seeds of the different species of plants tested. We observed the
behaviour of the workers during the harvesting and transportation of the seeds and then
verified whether or not the seeds harvested by the workers were incorporated into the walls of
the nest. We also observed to determine if the seeds were capable of germinating in the ant
nest. We tested the seeds of the two epiphyte species recorded most frequently in those ant
gardens occupied by our study species, Aechmea mertensii and Anthurium gracile (which
produce fruit easily in the laboratory), and also tested various temperate climate plants that we
could find at the time of the experiments (see Table 2). We wanted to determine if seed
– 100 –
Ants
Epiphyte species
Family
Number Transported Not transported
of seeds
(%)
(%)
Pachycondyla
goeldii
Aechmea mertensii
Anthurium gracile
Bromeliaceæ
Araceæ
130
182
61
66
39
34
Odontomachus
mayi
Aechmea mertensii
Anthurium gracile
Bromeliaceæ
Araceæ
12
22
100
68
0
32
Table 1. Epiphyte seed dispersal by Pachycondyla goeldii and Odontomachus mayi.
Statistical comparisons. Aech. mertensii versus Anth. gracile; P. goeldii: χ2 = 0.67;
NS (P = 0.41); O. mayi: χ2 = 3.06; NS (P = 0.08).
Figure 1. (A) Seeds of Aechmea mertensii and Solanum nigrum (top and bottom) planted by
Pachycondyla goeldii into the carton of its nest . (B) Detail of the rough carton nest
constructed by P. goeldii, with seeds of Aech. mertensii in germination. (C) Young
ant gardens inhabited by P. goeldii with numerous plantules. (D) Well-developed
ant garden inhabited by P. goeldii.
– 101 –
transport by the ants was limited to ant-garden epiphyte species or if other plants could also
be attractive.
The majority of the epiphyte seeds, Aech. mertensii and Anth. gracile, were transported
by both ant species. The difference between the percentages of seeds of the two epiphyte
species transported by P. goeldii or by O. mayi was not significant (Table 1). All of the
transported seeds were integrated into the walls of the nest (carton for P. goeldii), germinated
rapidly, and then produced young plants (Fig. 1). P. goeldii and O. mayi are thus capable of
harvesting epiphyte seeds and incorporating them into the walls of their nest where the seeds
germinate (in 6-8 d in the carton situated in the artificial plaster nest) and sprout young
plantules that develop rapidly.
The biology of P. goeldii is well-known. The founding queens build a carton nest which
is then enlarged by the first workers (Corbara & Dejean, 1996). Our experiments have
demonstrated that the carton of P. goeldii nest allowed for the germination and development
of the epiphytes. As such, this carton is the basis of an ant garden. The workers generally
build their nests in a fork of a branch and integrate epiphyte seeds into the carton. The root
system of the epiphytes develops, reinforcing the structure of the nest and permitting the ants
to extend it with exogenous material that they bring into the root system, including plant
fibers and prey scraps (Fig. 1). We were able to reproduce and observe the entire process in
the laboratory, experimentally verifying the hypothesis put forth by Ule (1905, 1906) as to the
origin of the gardens. The biology of O. mayi is less well-known, with published information
documenting only that it lives in ant gardens (Kleinfeldt, 1986). In the region of Guiana
where we found it, it always lives in parabiosis with Crematogaster limata parabiotica (A.
Dejean, pers. comm.). Our results establish the fact that in these parabioses, O. mayi may
play an active role in the construction of the ant gardens.
Until now, it was thought that the Ponerinæ observed in ant gardens occupied these
gardens opportunistically (Davidson & Epstein, 1989). Among the arguments presented, the
majority of the ant gardens occupied by P. goeldii are constructed with one single individual
belonging to a single species of epiphyte, Aech. mertensii. Of 99 ant gardens occupied by P.
goeldii in French Guiana, Dejean et al. (1997a) found Aech. mertensii in 85 percent of the
cases, but also recorded Anth. gracile, Clusia sp., Codonanthe crassifolia and Peperomia
macrostachya. In the present study, we verified that the workers of P. goeldii select Anth.
gracile as well as Aech. mertensii seeds (P = 0.41; Table 1). In addition, the young gardens
contain numerous plantules from various species of epiphytes (Corbara & Dejean, 1996; Fig.
1) indicating that, in nature, the seeds of various species of epiphytes are incorporated into the
– 102 –
Epiphyte species
Family
Number Transported Not transported
of seeds
(%)
(%)
Rubus idaeus
Solanum nigrum
Solanum dulcamara
Vaccinium myrtillus
Actinia sinensis
Cotoneaster melanocarpus
Hedera helix
Ligustrum vulgare
Linocera nigra
Lycopersicon esculentum
Viscum album
Rosaceæ
Solanaceæ
Solanaceæ
Ericaceæ
Dilleniaceæ
Rosaceæ
Araliaceæ
Oleaceæ
Caprifoliaceæ
Solanaceæ
Loranthaceæ
12
60
30
36
30
15
9
30
30
30
30
100
83
10
33
0
0
0
0
0
0
0
Table 2. Seed dispersal of temperate climate plants by Pachycondyla goeldii.
Statistical comparisons. χ² = 195.1; P < 10-4; df = 10.
– 103 –
0
17
20
67
100
100
100
100
100
100
100
carton from the outset. The predominance of Aech. mertensii is thus caused by something
other than the selection of its seeds by P. goeldii workers. This ant builds its nests in sunny
areas (Belin-Depoux, 1991), and the carton making up its nest has a tendency to dry out
quickly. This situation might favour Aech. mertensii, which is more resistant to desiccation
than other epiphytes during the dry season, because of its reservoir (see Benzing, 1990).
Among the seeds of the 11 temperate climate species tested, 4 were transported by
workers of P. goeldii and O. mayi (Table 2). As with the epiphyte seeds, they were integrated
into the nest structure (Fig. 1). It can be noted that the seeds of Solanum nigrum and Rubus
ideaus were more attractive than those of the two epiphytes tested (Table 2). The similarity of
the ants' behaviour toward these seeds and those of the epiphytes suggests the existence of
attractive compounds on the seeds; however, these seeds also may be harvested for their pulp.
The percentages of seeds transported for the three species of Solanaceæ tested are different:
high for S. nigrum, lower for S. dulcamara and nonexistent for Lycopersicon esculentum
(Table 2). In keeping with the hypothesis that attractive compounds exist, comparisons
between the chemistry of these seeds with that of Markea ulei, a Solanaceæ recorded in
natural ant gardens, would be insightful.
O. mayi, which so far has been found only in parabiotic association with Cr. l.
parabiotica, is capable of participating in the construction of the gardens in which they nest
by harvesting epiphyte seeds and incorporating them into the walls of the garden. P. goeldii,
recently cited as being able to build carton nests and to live alone or in parabiosis in ant
gardens (Corbara & Dejean, 1996; Orivel et al., 1997), is thus capable of harvesting epiphyte
seeds and then incorporating them into the carton of the nest where they germinate and then
develop. These complex behaviours were previously known only in species belonging to
three subfamilies considered to be the most derived (Myrmicinæ, Dolichoderinæ and
Formicinæ).
We are grateful to Dr Philippe Cerdan, Director of the "Laboratoire Environnement de
Petit Saut, EDF - CNEH" for his logistical assistance and to Dr Roy Snelling, of the
Department of Entomology, the Natural History Museum of Los Angeles County (California),
for the identification of the ants.
– 104 –
ARTICLE 4
– 105 –
— Article 4 : La sélection des graines d'épiphytes par les fourmis initiatrices des jardins de fourmis —
Article 4 : Selection of epiphyte seeds by ant-garden ants
Ecoscience (1999) 6 : 51-55
Jérôme ORIVEL (1) & Alain DEJEAN (2)
(1)
(2)
Résumé
Nous avons répertorié la présence de 11 espèces d'épiphytes lors d'un recensement de
501 jardins de fourmis occupés par Camponotus femoratus Fabr., Crematogaster limata
parabiotica Forel seule ou en parabiose, ou par Pachycondyla goeldii Forel. Chacune des
espèces d'épiphytes pouvait être associée à chacune des espèces de fourmis, cependant, une
analyse factorielle des correspondances à souligné certaines associations préférentielles parmi
ces deux groupes.
P. goeldii s'associait davantage avec Aechmea mertensii Schult et
Anthurium gracile Rudge, tandis que C. femoratus et Cr. l. parabiotica s'associaient
davantage avec Codonanthe calcarata Miq., Peperomia macrostachya Vahl. et Philodendron
spp. Le transport des diaspores d'épiphytes par les fourmis varie également selon les espèces.
Chaque espèces de fourmis transportaient préférentiellement les diaspores de certaines
espèces d'épiphytes et la proportion des ces diaspores correspondait à la proportion
d'épiphytes matures occupant les jardins de fourmis. Le transport de certaines graines vers les
jardins de fourmis s'effectuait même lorsque les élaiosomes étaient retirés, ce qui confirme
que ces arilles ne sont pas indispensables quoiqu'ils encouragent l'attrait et la dissémination
des graines. Nous considérons que d'autres facteurs pourraient également intervenir dans les
associations préférentielles que nous avons observées.
– 106 –
Abstract
An inventory of 501 ant gardens inhabited by Camponotus femoratus Fabr.,
Crematogaster limata parabiotica Forel in parabiosis or alone, and Pachycondyla goeldii
Forel enabled us to record 11 epiphyte species. Each epiphyte species can be associated with
any ant species, but a factorial correspondence analysis highlighted preferential associations.
P. goeldii was preferentially associated with Aechmea mertensii Schult. and Anthurium
gracile Rudge, while C. femoratus and Cr. l. parabiotica were associated with Codonanthe
calcarata Miq., Peperomia macrostachya Vahl. and Philodendron spp. The carrying of
diaspores by ants also varied according to the ant and epiphyte species. Each ant species
transported certain epiphyte diaspores rather than others and the proportions of the carried
diaspores corresponded to those of mature epiphytes in ant gardens. Seed attractiveness and
retrieval to the nest still occur when elaiosomes are removed. They are thus not indispensable
and reinforce dispersal. Ecological factors may also explain the preferential associations
observed and they may intervene at different levels.
Introduction
Restricted to the Neotropics, ant gardens are aggregates of epiphytes assembled by ants.
Ant species that initiate ant gardens build carton nests with plant fibers and incorporate
epiphyte seeds inside them. As the epiphytes grow, nourished by the carton, their roots
strengthen the structure of the nest. Ant gardens have been defined as one of the most
complex ant-plant mutualisms, and one in which epiphytes benefit from seed dispersal,
mineral provisioning and protection from their associated ants, while in return their roots
furnish a shelter that reinforces the carton nest and sometimes food thanks to extrafloral
nectaries (Buckley, 1982; Kleinfeldt, 1986).
A large variety of arboreal ant species have been recorded in ant gardens, but most of
them are secondary inhabitants able to shelter in existing arboreal cavities. Species known as
initiators of ant gardens are relatively rare, the most well known being: Camponotus
femoratus Fabr., Crematogaster limata parabiotica Forel (often living in parabiosis; i.e., a
non-obligatory mixed colony where the two ant species share the same nest, have mutualistic
relationships, but keep their brood separate; Forel, 1898; Orivel et al., 1997), Cr. longispina
Emery, Azteca traili Emery, Pachycondyla goeldii Forel and Odontomachus mayi Mann
(Kleinfeldt, 1978, 1986; Davidson, 1988; Corbara & Dejean, 1996; Orivel et al., 1998b). Of
– 107 –
the 15,500 known neotropical epiphyte species, only a few are found in ant gardens (Madison,
1977, 1979; Kleinfeldt, 1986; Belin-Depoux, 1991).
Most of them present common
characteristics: fleshy fruits (except in the genus Peperomia), small seeds (less than 5 mm)
with elaiosomes and autogamy (Macedo & Prance, 1978; Madison, 1979).
Previous studies of ant-garden ants and epiphytes have emphasised that the epiphytes
benefit from the dispersal of seeds to sites favourable for germination, and that the selection
of the epiphyte seeds by foraging workers is due to attractive compounds and to the presence
of elaiosomes (Davidson et al., 1990; Seidel et al., 1990; Yu, 1994; Orivel et al., 1998b).
We hypothesised that preferential associations exist between certain epiphytes and the
ant species that initiate ant gardens and sought to determine if these are due to the ants'
selection of seeds that they incorporate into the carton of their nests.
Distribution of ant-garden epiphytes
The study reported here was completed during four expeditions between 1995 and 1997
in Sinnamary, French Guiana. We conducted an exhaustive inventory of ant gardens on
pioneer formations along approximately 15 km of forest edges. Ant gardens were visually
located. Then, the epiphyte composition and the sheltering ant species were noted. Young
nests that were made up only of carton were not included in this inventory. A Factorial
Correspondence Analysis (FCA) was conducted on the contingency table of ant and epiphyte
species using SPAD 3.01 software.
Cafeteria experiments
The tests were conducted on 10 ant gardens inhabited by P. goeldii and four by the
parabiotic association between C. femoratus and Cr. l. parabiotica. For P. goeldii, the ant
gardens were fastened to the ends of upright wooden rods, wedged into blocks of wood placed
in the centre of plastic tubs (32 x 32 x 10 cm) serving as hunting arenas. The same tests were
conducted in the field for C. femoratus and Cr. l. parabiotica.
For each test, four seeds, one from each of the four principal epiphyte species (i.e.,
Aechmea mertensii, Anthurium gracile, Codonanthe calcarata and Peperomia macrostachya),
were simultaneously presented to the ants on a glass slide. The slide was then placed in the
– 108 –
hunting arena for P. goeldii, or in a zone of high activity for C. femoratus and Cr. l.
parabiotica. We noted the first seed selected for each trial. Each test consisted of 14 to 20
trials with the slides renewed between trials. Each time, the chosen seed was taken from the
forager to avoid any interference with the other trials.
We performed two series of tests on each ant garden: (i) with diaspores, or seeds plus
elaiosomes, and (ii) with achenes, or seeds from which the elaiosomes have been removed
(definitions according to Mark & Olesen, 1996). The removal of elaiosomes was performed
with forceps under a magnifying glass to eliminate the entire nutritional part of the diaspores.
In order to make comparisons, we used the Fisher Exact Test for Statxact software.
Biological material
All three ant species studied are found in ant gardens. C. femoratus is a Formicinæ (4-9
mm), whereas Cr. l. parabiotica is a Myrmicinæ (2.3-2.7 mm). They often live in parabiosis,
and have polydomic, polygynous and populous colonies. They both forage 24 hours a day,
mostly on extrafloral nectaries and Homoptera (Kleinfeldt, 1986; Davidson, 1988). P. goeldii
is a Ponerinæ (8.2-9.6 mm), rarely found in parabiosis with Cr. l. parabiotica. This species
most often has small societies, whose maximum size can reach 1,754 individuals and it is
polycalic under favourable conditions (Orivel et al., 1997). It forages at night and has a diet
constituted of prey and extrafloral nectaries.
The epiphytes species used in the cafeteria experiments have fleshy fruits with seeds 2-5
mm long and 1-1.5 mm thick, except P. macrostachya. The seeds of C. calcarata and An.
gracile have a well-developed sticky gelatinous elaiosome, A. mertensii has a fleshy
funiculus, and P. macrostachya has a sticky oil gland at the base of the seed. Previous
observations and literature data indicated that P. goeldii, C. femoratus and Cr. l. parabiotica
were able to transport seeds to their nests (Moore, 1973; Madison, 1979; Kleinfeldt, 1986;
Davidson, 1988; Benzing, 1990; Corbara & Dejean, 1996; Orivel et al., 1998b).
– 109 –
Similarities between epiphyte and transported seed profiles
To highlight the similarities between the frequencies of the four principal epiphytes
species recorded in ant gardens and the transported diaspores, we calculated the φ² distance
between these frequencies using the following formula (Rouanet et al., 1987) :
φ² distance =
∑(
k
(fjk − fj' k )²
)
fj' k
where fjk is the frequency of the transported diaspore for the "k" epiphyte species and fj'k the
frequency of the "k" epiphyte species in mature ant gardens, with k representing one of the
four principal species of epiphytes. In the calculation of the distance, we used as "reference
profile" the frequency profile of the epiphytes, as this is the distribution observed in nature.
The result obtained for each of the two types of ant gardens (i. e., inhabited either by P.
goeldii or C. femoratus/Cr. l. parabiotica) was called "observed distance" and compared to
the maximum distances determined in the cases where the ants chose only one diaspore
species (fjk = 1 for the considered epiphyte species and 0 for the three others) and also in the
case of random choice (fjk = 0.25 for the four epiphyte species).
Results
Preferential associations between ant and epiphyte species
We recorded 501 ant gardens inhabited either by C. femoratus (37 cases), Cr. l.
parabiotica (26 cases), a parabiosis between them (241 cases) or P. goeldii (197 cases).
These three species are by far the most frequent ant species that initiate ant gardens in the
study area. In total, 896 occurrences of epiphyte species were recorded for the 501 ant
gardens.
Eleven epiphyte species belonging to eight subfamilies were recorded:
Aechmea
mertensii Schult. (Bromeliaceæ), Codonanthe calcarata Miq. (Gesneriaceæ), Peperomia
macrostachya Vahl. (Piperaceæ), Anthurium gracile Rudge (Araceæ), Philodendron spp.
(Araceæ), Streptocalyx angustifolius Mez. (Bromeliaceæ), Clusia sp. (Clusiaceæ),
Epidendron schomburgkii Lindl. (Orchidaceæ), Rhektophyllum sp. (Araceæ), Markea
formicarum Damm. (Solanaceæ), and an undetermined Arecaceæ. The first five species are
by
far
the
most
frequent
and
represent
– 110 –
89.6%
of
the
epiphytes
recorded.
Figure 1. Factorial correspondence analysis of the distribution of ant-garden epiphytes and
ants. The first two factors take into account 97% of the variance (89.8% for factor
1 and 7.2% for factor 2). Diameters of the points representing epiphyte species are
proportional to their weights (i. e., occurrences of the epiphyte species on the 501
ant gardens recorded).
%
P. goeldii (N = 200)
50
C. femoratus (N = 90)
40
30
20
10
0
A. mertensii
An. gracile
Co. calcarata
Pe. macrostachya
Figure 2. Proportions of the first diaspore carried by Pachycondyla goeldii or Camponotus
femoratus workers when confronted with a choice between diaspores of the four
principal epiphyte species in ant gardens. Statistical comparisons between
observed versus random distribution (Fisher Exact Test): P. goeldii: P = 4x10-12, C.
femoratus: P = 0.0043.
– 111 –
An FCA of the contingency table of ant and epiphyte species allowed us to note
preferential associations (Fig. 1). The first factor (89.8% of φ²) opposes P. goeldii to C.
femoratus and Cr. l. parabiotica (in parabiosis or not), while the second factor (7.2% of φ²)
separates Cr. l. parabiotica from C. femoratus when they live alone. In epiphytes, the first
factor opposes A. mertensii and An. gracile to Pe. macrostachya, Co. calcarata and
Philodendron spp. The second factor isolates Clusia sp. and S. angustifolius from the other
epiphytes. The simultaneous representation of the two clouds of points (Fig. 1) highlights the
following preferential associations: (i) P. goeldii with A. mertensii and An. gracile; and (ii)
parabioses between C. femoratus and Cr. l. parabiotica with Co. calcarata, Pe. macrostachya
and Philodendron spp. Note that the epiphytic composition of the ant gardens inhabited only
by Cr. l. parabiotica differed from those of parabiotic associations by the presence of Clusia
sp. and S. angustifolius.
Seed-carrying behaviour
Diaspores transportation by ants varied according to ant and epiphyte species (Fig. 2).
Each ant species transported certain epiphyte diaspores rather than others, the comparisons
between observed and random distributions resulting in significant differences (P. goeldii: P =
4x10-12; C. femoratus: P = 0.0043). Moreover, no differences among nests of each ant species
were noted. The dispersal profile of P. goeldii revealed its great attraction to A. mertensii
(49.5% of the transported diaspores) and to a lesser degree to the diaspores of An. gracile
(34.5%). In parabiotic societies, all the seeds were carried by C. femoratus that preferred the
diaspores of Co. calcarata (37.8%) and of Pe. macrostachya (37.8%). Cr. l. parabiotica
workers were also attracted to the diaspores and often discovered them first, but they were
unable to transport them in the experimental situation. The diaspores were always removed
by C. femoratus before the Cr. l. parabiotica workers could recruit nestmates.
Experiments conducted with achenes (Fig. 3) resulted in the same type of responses as
above concerning P. goeldii (achenes versus diaspores: P = 0.86; removal is not at random:
P = 1.1x10-10). On the contrary, the behaviour of C. femoratus toward achenes is quite
different than toward diaspores. Although the two profiles of responses are not significantly
different (P = 0.15), no preferences between achenes were noted (P = 0.2).
– 112 –
%
P. goeldii
50
Diaspores (N = 200)
Achenes (N = 200)
40
30
20
10
0
C. femoratus
50
40
Diaspores (N = 90)
Achenes (N = 70)
30
20
10
0
A. mertensii
An. gracile
Co. calcarata
Pe. macrostachya
Figure 3. Comparisons between percentages of the first diaspore or achene carried by
Pachycondyla goeldii and Camponotus femoratus workers. Statistical comparisons
(Fisher Exact Test): diaspores versus achenes: P. goeldii: P = 0.86; C. femoratus: P
= 0.15. For achenes, comparisons between observed versus random distribution: P.
goeldii: P = 1.1x10-10; C. femoratus: P = 0.2.
– 113 –
Similarities between epiphyte and transported diaspore frequencies
For both P. goeldii and C. femoratus, the distributions of the four principal epiphyte
species and of transported diaspores are quite similar (Table I). The observed φ² distances
are near to zero and always at least two times less than the maximal distances. Thus, this
highlights the great similarity between ant preferences towards diaspores (and also achenes
for P. goeldii) and the preferential associations observed in ant gardens.
Maximum distances
P. goeldii
C. femoratus
Observed
distance
A.
mertensii
An.
gracile
Co.
calcarata
Pe.
macrostachya
Random
choice
0.57
0.37
1.05
2.32
1.29
3.62
1.75
1.06
6.26
1.52
1.5
0.79
Table I. φ² distances for Pachycondyla goeldii and Camponotus femoratus calculated
between the frequencies of the four principal epiphytes species recorded in ant
gardens and transported diaspores. Maximum distances were determined in the cases
where the ants chose only one diaspore species and also in the case of random
choice.
Discussion
Although each epiphyte species can theoretically be associated with any ant species able
to initiate ant gardens, this study emphasises narrower relationships between epiphytes and
ants. P. goeldii was preferentially associated with A. mertensii and An. gracile, whereas
C. femoratus and Cr. l. parabiotica were associated with Co. calcarata, Pe. macrostachya and
Philodendron spp. Note that P. goeldii was previously recorded as associated with a single
epiphyte species, A. mertensii or An. gracile (Benson, 1985; Davidson & Epstein, 1989) while
C. femoratus and Cr. l. parabiotica were noted as mostly associated with Pe. macrostachya
(Davidson, 1988).
Many factors are involved in the establishment of ant-epiphyte associations, but our
results demonstrate that ant preference toward certain epiphyte seeds rather than others
greatly influences epiphyte composition of ant gardens. Both P. goeldii and C. femoratus are
preferably attracted to and carry the diaspores of the main epiphyte species forming their ant
– 114 –
gardens. Moreover, the proportions of the carried diaspores of each species tested reflect
those of mature epiphytes in ant gardens.
Ants involved in myrmecochory are mainly ground-nesting species attracted by the food
bodies of the diaspores that they eat, but they reject the seeds. The attractiveness of diaspores
is mostly due to the size and composition of the elaiosomes (Hughes et al., 1994; Mark &
Olesen, 1996). In the dispersal of ant-garden epiphytes, the phenomenon is quite different:
when elaiosomes are removed, seed attractiveness and retrieval to the nest still occur.
Elaiosomes are thus not indispensable, but they reinforce dispersal (they are always eaten
before the incorporation of the seeds into the carton). Dispersal is therefore rather due to the
presence of attractive compounds on the seed surface.
Nevertheless, in the case of
C. femoratus, achenes are less attractive resulting in the absence of preferences between tested
species. The gathering of seeds by the two ant species could partly explain differences in
behaviour toward achenes.
P. goeldii was never observed harvesting the diaspores of
epiphytes directly from the fruits, whereas C. femoratus and Cr. l. parabiotica often opened
the fruits and retrieved the pulp and diaspores (pers. obs. on Co. calcarata and Pe.
macrostachya). The dispersal of seeds by the latter ant species might also have a nutritional
basis.
Seidel et al. (1990) discovered a number of common compounds on the seeds of
unrelated ant-garden epiphytes. As seeds remain attractive even after having passed through
the tract of frugivorous bats (Davidson, 1988), these compounds could play a role in ant
attraction and seed dispersal, although the results of bioassays were ambiguous (Davidson et
al., 1990). P. goeldii and C. femoratus were able to carry all the diaspores or achenes with
which they were confronted. So identical seed compounds such as methyl-6-methylsalicylate
or benzothiazole could be responsible for generally attracting the ants.
However, the
preferences towards particular epiphyte seeds among ants, based in part or entirely on nonnutritional cues, require differences in seed surface compounds. Analyses and comparisons of
the compounds could provide some answers.
Other factors may also work at different levels. For example, the availability of seeds
could influence ant-garden composition. At one site in the study area, the 19 recorded ant
gardens of P. goeldii were only associated with A. mertensii, as in the results of (Davidson &
Epstein, 1989). Differences in carton compositions may also be important for the germination
and development of epiphytes. Carton nests built by P. goeldii are rough, while those of C.
femoratus and Cr. l. parabiotica are made up of thinner fibres. Finally, in "mature" ant
gardens, competition between epiphytes and environmental differences could be important.
– 115 –
Gardens inhabited by P. goeldii are found in light-intense environments such as pioneer
formations, young forest edges, plantations and upper canopy strata, whereas those inhabited
by C. femoratus and Cr. l. parabiotica appear in shadier environments (old forest edges or
just under the canopy). These points also hold true for the associated epiphyte species. A.
mertensii and An. gracile are light-demanding species, whereas Co. calcarata and Pe.
macrostachya are shade tolerant (Davidson, 1988; Benzing, 1990; Belin-Depoux, 1991).
Consequently, drought resistance is an important factor that could explain observed
differences between the proportions of transported seeds and of mature epiphytes.
For
example, Pe. macrostachya, the least attractive seed species for P. goeldii (10% of the first
seeds carried), is the least prevalent (1.6%) in the epiphyte censuses.
Aknowledgements
We are grateful to the Laboratoire Environnement de Petit Saut (EDF - CNEH) and to
SYLVOLAB Guyane for their logistical help, and to Andrea Dejean for English corrections
on the manuscript. Ants were identified by Dr. J. H. C. Delabie (CEPEC, CEPLAC, Itabuna,
Bahia, Brazil, where voucher specimens were deposited).
– 116 –
ARTICLE 5
– 117 –
— Article 5 : La reconnaissance interspécifique dans les sociétés parabiotiques des jardins de fourmis —
Article 5 : Ant gardens: interspecific recognition in parabiotic ant
species
Behavioral Ecology and Sociobiology (1997) 40 : 87-93
Jérôme ORIVEL (1), Christine ERRARD (2) & Alain DEJEAN (1)
(1)
Laboratoire d'Éthologie Expérimentale et Comparée, URA CNRS 2214, Université
(2)
Laboratoire d'Éthologie et Pharmacologie du Comportement, Université François
Rabelais, Faculté des Sciences et Techniques, Parc de Grandmont, 37200 Tours,
France.
Abstract
In French Guiana, parabiotic societies (natural mixed colonies) are frequently found in
ant gardens.
Crematogaster limata parabiotica (Myrmicinæ), often associated with
Camponotus femoratus (Formicinæ), was found for the first time in parabiosis with ponerine
ants: Pachycondyla goeldii and Odontomachus mayi. A detailed study of the relationships
between Cr. l. parabiotica and O. mayi showed that each species is aggressive towards
allospecific or conspecific individuals belonging to another colony, but tolerates allospecific
individuals from the multi-species society. Studies of cuticular substances of the four ant
species were made using gas chromatography. The results showed that each species, living
alone or in parabiosis, possesses a specific chemical profile. Thus, the ants are able to
recognise nestmate and non-nestmate individuals of the associated species, even though their
cuticular profiles are different.
The hypothesis that the nestmate allospecific profile is
learned, is suggested to explain this pattern of recognition.
– 118 –
Introduction
Ant gardens constitute one of the most complex types of ant-plant associations known
(Buckley, 1982). Discovered by Ule (1901) in tropical America, they are the result of
mutualism between arboreal ants and epiphytes. Their typical structure is a carton nest on
which develop epiphytes. In comparison with the great diversity of epiphyte and ant species
in neotropical areas, the number of species of epiphytes and ants recorded in ant gardens is
low. The ants that live in ant gardens are attracted by the fruits and/or seeds of the epiphytes.
The seeds are incorporated by the ants into the carton of the nest in which they will germinate
(Madison, 1979; Davidson, 1988). Seeds contain compounds attractive to the ants (Davidson
et al., 1990; Seidel et al., 1990).
Two ant species can live in association within an ant garden. These associations, or
parabioses, result in a non-obligatory mixed colony where the different ant species share the
same nest, but keep their brood separate, with the major part of the nest or even its entirety
accessible to the two species. The relationship between the two species of ants is mutualistic,
they both participate in the construction of the nest and in the incorporation of seeds in its
walls (Orivel et al., 1996). They can carry out interspecific trophallaxis, share the same
chemical trails, and exploit the same food sources (Forel, 1898; Wheeler, 1921; Kleinfeldt,
1986; Davidson, 1988). Nonetheless, there is competition during foraging that leads to the
exclusion of the small species (Crematogaster limata parabiotica) from the significant food
sources, although it benefits from the association through the protection provided by the other
species (Camponotus femoratus or Dolichoderus debilis) (Wheeler, 1921; Weber, 1943;
Swain, 1980). In many cases, a third cohabiting ant species, Solenopsis sp., can live in the ant
gardens, but this ant does not live in parabiosis, since it is a brood parasite. This kind of
association is a form of parasitism called lestobiosis (i.e., small ant species nest in the walls of
their hosts and prey their brood; Hölldobler & Wilson, 1990).
The association of two different ant species inside the same nest is not characteristic of
insect societies. Normally, colonies reject alien individuals, whether of a different species or
of the same species but another colony. Thus, this sets up the problem of interspecific
tolerance in multi-species societies.
The discrimination of nestmates and intruders is made after antennal contact and is
based on the perception of chemicals that constitute what Fielde described as "ant odour"
(Fielde, 1903). Analyses of recognition signals led to the conclusion that these cues reside
among the chemicals found on an individual’s cuticle (Howse, 1975; Bradshaw & Howse,
– 119 –
1984; Blum, 1987). It was further demonstrated that cuticular hydrocarbons constitute the
specific chemical signature by which individuals recognise one another as members of the
same colony (Bonavita-Cougourdan et al., 1987; Henderson et al., 1990; Nowbahari et al.,
1990). Nonetheless, other substances such as fatty acids, esters, and lactones can also be
involved (Franks et al., 1990; Breed & Stiller, 1992).
Two models have been developed to explain colony recognition in social Hymenoptera
(Crozier & Dix, 1979). Under the "Gestalt" model, all nestmate workers possess the same
colony specific cues that give the colony its chemical homogeneity. This odour is developed
in the postpharyngeal gland (storage and mixture of hydrocarbons) from the different
nestmate odours. The odour's homogeneisation takes place during trophallactic exchanges
and grooming between individuals (Soroker et al., 1994; Hefetz, pers. comm.). Likewise, in
artificially mixed colonies where two species are in association, the ants possess a common
odour on the cuticle as well as in the postpharyngeal gland. This common odour (mixture of
the odours of the two species) comes from the acquisition of the hydrocarbons of the other
species (Bagnères et al., 1991; Hefetz et al., 1992; Vienne et al., 1995). In the ants of the
subfamily Ponerinæ, trophallaxes are impossible, except in Hypoponera sp. (Hashimoto et al.,
1995). Thus for these species, the establishment of the "Gestalt" odour can only be done
thanks to grooming. Otherwise, the process of recognition fits into the "Individualistic"
model. This model supposes that each individual keeps its own odour. Workers of one
colony are hostile as long as there is no genotypic identity (they do not possess the same allele
at every locus determining the chemical signature). This model can only apply if there is no
social contact. The "Gestalt" model is thus favoured for most ant species. Nonetheless,
Mintzer & Vinson (1985) seem to have results from Pseudomyrmex ferruginea that point to
individualistic recognition.
The acceptance or rejection of an individual can be explained by two systems, not
mutually exclusive. (1) The first depends on the degree to which the chemical signatures of
the two partners overlap. An individual may use its own cuticular chemistry as a reference
signal to which it compares the signal of the encountered ant. This reference signal can only
be shared by the colony members. (2) In the second mechanism, the individual compares the
chemical signature of its partner to a reference model located in the brain or in the receptor
cells of the antennae. This can be either "innate" or learned over the course of a sensitive
period (Fresneau & Errard, 1994).
– 120 –
In this study, we investigate the basis of the tolerance between the ant species living in
parabiosis by addressing the following questions.
- Is there a real tolerance toward ants from the associated colonies (i.e. colonies of other
species in the same parabiotic nest) and can this tolerance be generalised for alien individuals
from the same species?
- If so, is this interspecific tolerance supported by the chemical similarity of the
cuticular profiles of the associated species and thus by the formation of a common mixed
odour?
Methods
Field site
During this study, conducted in a pioneer growth along a forest edge in Petit Saut,
French Guiana, during February 1995, we analysed 324 ant gardens.
Biological material
Four main species of ants were observed in the ant gardens: Crematogaster limata
parabiotica (Myrmicinæ), Camponotus femoratus (Formicinæ), Pachycondyla goeldii and
Odontomachus mayi (Ponerinæ). Cr. l. parabiotica and C. femoratus are polygynous species
(i.e., co-existence in the same colony of two or more egg-laying queens; Hölldobler &
Wilson, 1990) with polycalic nests (i.e., pertaining to single colonies that occupy more than
one nest; Hölldobler & Wilson, 1990) built of carton. These two species correspond to the
definition of "dominant" (i.e., highly populous species which are territorial at the intra- and
interspecific levels; Leston, 1973) (Davidson, 1988; Davidson et al., 1988). P. goeldii and O.
mayi have societies whose maximum size in our study reached 1,754 and 2,071 individuals,
respectively, and which can be polycalic.
Aggressiveness tests
Because parabiosis involving a ponerine ant has not been previously observed, we
concentrated on those cases of parabiosis involving Cr. l. parabiotica and O. mayi which were
numerous enough for the following studies.
For each confrontation, a marked "test"
– 121 –
individual was confronted with five other individual nestmates or non-nestmates. The
different types of confrontations were:
1.
intracolonial intraspecific confrontations (confrontations with conspecific ants
belonging to the same nest);
2. intercolonial intraspecific confrontations (confrontations with conspecifics taken
from a parabiotic relationship of the same kind but from a different nest);
3. interspecific confrontations between individuals living in parabiosis (confrontations
with allospecific individuals belonging to the same nest); and
4. confrontations with allospecifics taken from a parabiotic relationship of the same
kind but from a different nest.
For three minutes, we observed the behaviour of the "test" ant in a neutral arena (a Petri
dish 5cm in diameter). The different behaviours were classified into three categories: neutral
(no contact, or antennal contact not followed by either aggressive or amicable behaviour);
aggressive (bites, stings); and amicable (licking, trophallaxis). The number of replicable
experiments was 20. Each individual was used in only one confrontation.
In the statistical comparisons, we used Fisher's exact test (Statistica 4.5 software for
Windows).
Gas chromatography
The extracts of the cuticular substances of ants from 20 different colonies, whether or
not in parabiosis, were conducted on site in French Guiana. After being killed by freezing,
the ants were immersed in 2ml of pentane for 10 minutes. The extract was then evaporated
and kept dry prior to analysis. For each extract, five ants from the large species (P. goeldii, C.
femoratus and O. mayi) and 10 from the small species, Cr. l. parabiotica, were used.
The gas chromatography analysis used 100 µl of a solution at 10-5 mol/l of the internal
standard (nC15). The extracts were then dried under nitrogen and redissolved in 100 µl of
pentane before injection in the splitless mode (15 sec). Two microlitres of this solution were
analysed using a Delsi-Girdel 300 chromatograph with a flame ionisation detector coupled to
an Enica integrator and equipped with a Chrompack capillary column CP Sil 5 WCOT 25m in
length and with an internal diameter of 0.25mm. The carrier gas was helium at a pressure of 1
bar and a temperature programme ranging from 100 to 300°C at 5°C per minute was used.
The peaks of all of the species were recorded and numbered. Only those whose surface
was greater than 500 mA/sec were used for quantitative analysis. For each cuticular profile,
– 122 –
Alone
% of gardens
Parabiosis
% of gardens
Cr. l. parabiotica
C. femoratus
P. goeldii
7.1
11.4
38
Cr. l. parabiotica + C. femoratus
Cr. l. parabiotica + P. goeldii
Cr. l. parabiotica + O. mayi
37.3
1.9
4.3
Table 1. Principal ant species living in ant gardens in a pioneer formation along a forest edge
in Petit Saut (total number of ant gardens = 324).
Intracolonial confrontations
Behaviour
neutral aggressive
O. mayi
Intraspecific
Interspecific
17
15
3
5
Cr. l.
parabiotica
Intraspecific
Interspecific
16
18
2
Intercolonial confrontations
amicable neutral aggressive
4
5
16
15
4
20
16
4
amicable
Table 2. Frequency of behaviours observed during aggressiveness tests between Cr. l.
parabiotica and O. mayi.
Statistical comparisons:
Intraspecific :
Interspecific :
Intracolonial :
Intercolonial :
O. mayi
P < 10-4
P = 0.0038
P = 0.694
P=1
Intracolonial vs. Intercolonial
Intracolonial vs. Intercolonial
Intraspecific vs. Interspecific
Intraspecific vs. Interspecific
– 123 –
Cr. l. parabiotica
P < 10-4
P < 10-4
P = 0.487
P = 0.106
the relative percentage of each peak in relationship to the total taken into account was
calculated.
We used two multivariate analyses in order to estimate the distances
(divergences) between the chemical profiles of single species and multi-species colonies: (1)
Factorial correspondence analysis (FCA), a particular form of principal component analysis
adapted to frequency analysis (Benzecri, 1973); and (2) Hierarchical cluster analysis (HCA),
using Ward’s method (analysis of variance approach to evaluate the distances) (Ward, 1963;
Ward & Hook, 1963). These two statistical analyses were performed on 30 colonies and 184
peaks through the use of the software package ADDAD (algorithms took back in Spad 3
software for Windows).
Results
Ant species
On our study site, the most frequent species, Cr. l. parabiotica is the only one which is
able to live in parabiosis (86% of the nests that it inhabited) with one of the other three
species recorded (Table 1): C. femoratus, P. goeldii and O. mayi. C. femoratus, equally
frequent, was found in parabiosis with Cr. l. parabiotica in 76.6% of the ant gardens that it
inhabited. P. goeldii most often nests alone, but lived in parabiosis with Cr. l. parabiotica in
1.9% of the cases, whereas O. mayi was always found in parabiosis.
Aggressiveness tests
The results of the behaviours of O. mayi and Cr. l. parabiotica, obtained from
observation, are depicted in Table 2.
Relationships between nestmate individuals are not aggressive.
Each individual
recognises and tolerates its nestmates. Allospecific ants living in parabiosis in the same nest
also exhibit no aggressiveness.
These confrontations are comparable to intraspecific
intracolonial confrontations (P = 0.487 for Cr. l. parabiotica and P = 0.694 for O. mayi).
Interspecific tolerance between ants living in parabiosis is thus reciprocal, but no amicable
behaviour (licking or trophallaxis) was recorded.
Intraspecific confrontations between individuals belonging to two different parabiotic
nests exhibit a high level of aggressiveness. The societies of the two species are thus
– 124 –
Hierarchical Index
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
CC15
0.232
CC2
CC10
Camponotus
femoratus
CC30
0.179
PS22
0.101
PS35
PS33
PS6
Pachycondyla
goeldii
PC20
PS17
PC8
PS14
OC23
OC25
Odontomachus
mayi
CS16
CC13
CC29
CS4
CC3
CC11
PC12
Crematogaster
limata
parabiotica
PC19
CC31
PC9
OC26
OC24
CS1
Figure 1. Hierarchical cluster analysis of the cuticular profiles.
C. femoratus associated with Cr. l. parabiotica (the code in brackets is the colony of
Cr. l. parabiotica) : CC2 (CC1), CC10 (CC11), CC15 (CC13), CC28 (CC29),
CC30 (CC31).
P. goeldii alone : PS6, PS14, PS17, PS18, PS21, PS22, PS33, PS35.
P. goeldii associated with Cr. l. parabiotica : PC8 (PC9), PC20 (PC19).
O. mayi associated with Cr. l. parabiotica : OC23 (OC24), OC25 (OC26).
Cr. l. parabiotica alone : CS1, CS4, CS16.
Cr. l. parabiotica associated with P. goeldii : PC9 (PC8), PC12, PC19 (PC20).
Cr. l. parabiotica associated with O. mayi : OC24 (OC23), OC26 (OC25).
Cr. l. parabiotica associated with C. femoratus : CC3 (CC2), CC11 (CC10), CC13
(CC15), CC29 (CC28), CC31 (CC30).
Each extract represents one nest. Five ants from the species of P. goeldii, C.
femoratus and O. mayi and 10 from Cr. l. parabiotica were used every time.
For the colony of P. goeldii associated with Cr. l. parabiotica (PC12), we rejected
the extract because of the too weak concentration of the compounds.
– 125 –
extremely closed. Interspecific confrontations between individuals from different nests show
the same high level of aggressiveness (P = 0.106 for Cr. l. parabiotica and P = 1 for O. mayi).
In this way, tolerance is shown equally towards allospecific and conspecific individuals
of the same ant garden.
Analysis of the cuticular profiles
Each species possesses a specific chemical profile: 106 compounds for Cr. l.
parabiotica, 100 for C. femoratus, 34 for O. mayi and 66 for P. goeldii.
Hierarchical clustering analysis: The schematic representation of the clustering obtained
with the HCA algorithm on chemical data (Fig. 1) shows the nodes separating the 4 groups to
which we assigned a species name. The first two nodes (0.232 and 0.179) explain 41% of the
cloud's variance. The HCA clearly shows that the first node (0.232) separates the group of C.
femoratus (CC15, CC2, CC10, CC28, CC30) from the three other species. The second node
(0.179) divides the group of Cr. l. parabiotica (CS16, CC13, CC29, CS4, CC3, CC11, PC12,
PC19, CC31, PC9, OC26, OC24, CS1) from P. goeldii (PS22, PS21, PS35, PS33, PS6, PS18,
PC20, PS17, PC8, PS14) and O. mayi (OC23 and OC25), and the third (0.101) splits these
two latter species.
Factorial correspondence analysis: The first two axes of the FCA represented in Figure
2 explain 23.2% of the cloud's variance and corroborate the results obtained with the HCA, as
the same four groups were identified. The first axis (Factor 1) segregates to the left the group
of P. goeldii and to the right the group of Cr. l. parabiotica. The second axis (Factor 2)
separates these two species from O. mayi and C. femoratus.
Individuals from one colony, when they are in parabiosis, thus remain closer to
members of their own species than to members of the multi-species colony (different species).
In this way, for example, the pairs of ants that occupied the same ant gardens, C. femoratus
(CC2) and Cr. l. parabiotica (CC3); P. goeldii (PC20) and Cr. l. parabiotica (PC19); O. mayi
(OC23) and Cr. l. parabiotica (OC24) are clearly separated whereas the three colonies of Cr.
l. parabiotica are rather close (Fig. 1). The colonies of Cr. l. parabiotica do not shift toward
the other species, so they are not affected by the associate colony. That is to say, the cuticular
profiles of individuals from one species do not change dramatically, whether the individuals
belong to a colony composed of a single species or to a mixed colony. Interspecific tolerance
within societies in parabiosis is not thus correlated to a modification in the cuticular profile of
– 126 –
each species. These species are nonetheless capable of discriminating quantitative variations
in the cuticular substances because aggressiveness is shown towards all alien individuals.
Factor 2
500
PS14
PS33 PS18
PC20
PS21
PS22 PS35
PS6
PC8
PC19
Cr. l. parabiotica
CC13
CS4
CC29
CS16
CC3
CC11
PC9
PC12
CC31
CS1
OC24
OC26
PS17
Factor 1
500
P. goeldii
O. mayi
OC23 OC25
CC28
CC2
CC15
CC10
C. femoratus
CC30
Figure 2. Factorial correspondence analysis on the first two axes.
Discussion
Parabiosis between Cr. l. parabiotica and Ponerinæ
This study demonstrates that Ponerinæ can live in parabiosis in ant gardens with Cr. l.
parabiotica. Mann (1912) cites the case of an association between O. mayi and Dolichoderus
debilis, but his observation, conducted on one nest, was never reconfirmed. These ponerines
are not species that live in abandoned or conquered gardens, such as Odontomachus
haematodus and Anochetus emarginatus (Kleinfeldt, 1986; Davidson, 1988). In fact, P.
goeldii and O. mayi are capable of planting epiphyte seeds in their ant gardens (Orivel et al.,
1996) and with P. goeldii, all of the steps from foundation to a well-developed ant garden can
be seen (Corbara & Dejean, 1996).
Cr. l. parabiotica finds itself in the center of a system where it can associate with
several ant species that do not associate among themselves: C. femoratus (Formicinæ),
Dolichoderus debilis and D. bispinosus (Dolichoderinæ) (Forel, 1898; Mann, 1912; Wheeler,
1921; Weber, 1943; Dejean et al., 1997a). According to our results, this ant can also associate
– 127 –
with Ponerinæ.
The capacity to live in parabiosis with five species belonging to three
different subfamilies (three species were examined in this study) shows the considerable
behavioural plasticity of Cr. l. parabiotica.
The closed state of the societies
Forel (1898) and Wheeler (1921) indicated that parabiosis is a peaceable association.
We have shown here that, in the case of an association between Cr. l. parabiotica and O.
mayi, there is tolerance between species as well and that multi-species colonies, like single
species ant societies, are closed to alien individuals. Each species attacks alien individuals of
its own or associate species. Ponerinæ are nonetheless known for having closed societies and
artificially mixed colonies are extremely hard to establish with these ants (Errard; pers.
comm.).
Cuticular profile
A chromatographic analysis of the cuticular compounds shows that each species retains
its own chemical profile when it lives in parabiosis. The common compounds between Cr. l.
parabiotica and the associate species do not come from the acquisition of allospecific
substances. These products are common as they well could be between all other ant species.
For example, Manica rubida and Formica selysi have respectively 69.3 and 38.9% of their
cuticular hydrocarbons in common (Bagnères et al., 1991).
The chemical signature of Cr. l. parabiotica is thus not plastic because there is no
formation of a mixed colony odour. The preservation of specific odours during parabiosis can
take place only if the interactions between the two species are weak; that is to say, if the
interspecific grooming and trophallaxis that imply a transfer of chemical compounds are
absent. At the colonial (interspecific) level, this result fits the "Individualistic" model, but
with tolerance between the parabiotic species. There is neither foreign label rejection, nor
common label acceptance.
In artificial mixed groups associating M. rubida/F. selysi and M. rubida/M. rubra, the
ants acquire some of the component characteristics of their allospecific nestmates, thus
achieving a unifying profile (mixture of the odours of the two species) in the cuticle
(Bagnères et al., 1991; Vienne, 1993). The same kind of phenomenon is found in the
parasitic ants Formicoxenus provancheri and F. quebecensis, xenobionts of Myrmica
incompleta and M. alaskensis, that acquire the cuticular substances of their hosts (Lenoir et
– 128 –
al., 1997). But a different situation exists in the slave-making ant Polyergus rufescens where
the F. rufibarbis slaves tend to lose their colony characteristics without adopting the
Polyergus cuticular profile (Bonavita-Cougourdan et al., 1996).
Our results show that
parabiosis differs from these types of cohabitation. There is no mimicry between the ant
species and they do not lose their cuticular-specific substances.
Setting up the processes of recognition
The processes of memorisation require a certain plasticity that, for ponerine ants, is
contrary to the model developed by Fresneau & Errard (1994). This model postulates that, in
ants reputed to be primitive, recognition follows a simple law: strict recognition between
nestmates and attack of all alien individuals. In this case, the ruling decision is based on the
comparison of the alien individual's cuticular profile to the colony's collective odour which is
carried on the cuticle of each individual. The conservation of the specific cuticular profile for
ants living in parabiosis does not permit this model to be applied.
Thus, recognition can only take place through memorisation in the brain's structures or
through familiarisation with parabiotic individuals during a sensitive period. This notion of
apprenticeship and of memorisation was shown in artificially mixed ant colonies (Errard,
1994) where individuals bred in a mixed colony from emergence then separated for a period
of one year, recognise and do not attack each other even though they no longer have
allospecific hydrocarbons. Moreover, certain ponerines are capable of memorising the
"odour" of certain dangerous prey over the long term (Dejean, 1988b; Dejean et al., 1990).
In conclusion, the system of colony recognition in parabiotic societies might function in
the following manner. Each ant learns to recognise its nestmates and the "co-owners" of the
ant garden. This tolerance between parabionts is restricted to the individuals of the parabiotic
colony.
Acknowledgements
We are grateful to Dr. Philippe Cerdan, director of the "Laboratoire Environnement de
Petit Saut, EDF - CNEH" for his logistical help, to Dr Roy Snelling, Department of
Entomology, Natural History Museum of Los Angeles County for the identification of the
ants, to C. Vienne and anonymous referees for constructive comments on this manuscript and
to Andrea Dejean for the English translation.
– 129 –
ARTICLE 6
– 130 –
— Article 6 : La myrmécophilie chez les Hesperiidae : le cas de Vettius tertianus dans les jardins de fourmis —
Article 6 : Myrmecophily in Hesperiidæ: the case of Vettius
tertianus in ant gardens
Comptes Rendus de l'Académie des Sciences (soumis)
(1)
(2)
Résumé
Les chenilles de l'hespériide Vettius tertianus se nourrissent exclusivement des feuilles de
la broméliacée Aechmea mertensii, un épiphyte inféodé aux jardins de fourmis. Les relations
entre les fourmis et les chenilles de V. tertianus démontrent l'existence d'une association
préférentielle des chenilles avec Pachycondyla goeldii (Ponerinæ), une des rares espèces
capables d'initier les jardins de fourmis. La stratégie de ponte de V. tertianus fait non
seulement faire intervenir l'identification de la plante nourricière, mais pourrait être aussi
basée sur celle de l'espèce de fourmi habitant le jardin. Les chenilles ne fournissent pas de
sécrétions aux fourmis et ne possèdent pas non plus de structures défensives (i.e., poils ou
appendices) contre les fourmis.
Leur rythme d'activité ne leur permet pas d'éviter les
ouvrières fourrageuses de P. goeldii et leur abri est également accessible aux fourmis. De
plus, leur acceptation au sein du jardin de fourmis n'est pas due à un mimétisme entre les
chenilles et les plantes ou les fourmis, car les profils cuticulaires des chenilles de V. tertianus
sont clairement différents de ceux des fourmis et de ceux de la surface de feuilles d'A.
mertensii. Cependant, les chenilles déposent sur les feuilles qu'elles mangent, de la soie
contenant un mélange de substances très similaire à celui de leur propre cuticule. Aucunes
interactions avec les fourmis n'ont été observées, bien que de nombreuses ouvrières de P.
goeldii patrouillent les jardins de fourmis pendant leur période d'activité. Mais lorsqu'elles
sont confrontée à des chenilles, aucune des espèces de fourmis testées n'a montrée de réaction
– 131 –
agressive. Ces résultats suggèrent l'existence de composés autres que les lipides cuticulaires,
qui pourraient être responsable de l'absence d'agressivité observée de la part des fourmis. Le
cas de V. tertianus est donc relativement nouveau car il n'existe qu'un seul autre cas de
myrmécophilie décrit chez les Hesperiidæ mais aussi, car il implique préférentiellement une
espèce de fourmi appartenant à la sous-famille des Ponerinæ chez lesquelles les interactions
avec d'autres arthropodes sont exceptionnelles.
Abstract
The larvae of the hesperiid butterfly Vettius tertianus develop by eating the leaves of
Aechmea mertensii, a bromeliad epiphyte restricted to ant gardens. The relationships between
ants and V. tertianus larvae highlight the preferential association of the caterpillars with
Pachycondyla goeldii (Ponerinæ), an ant-garden initiator. The oviposition strategy of V.
tertianus may thus imply the identification of the inhabiting ant species and not only the
identification of the hostplant. The caterpillars neither provide secretions to the ants, nor
possess defensive devices (i.e., hairs or appendices) against ants. Their activity rhythm does
not isolate them from foraging workers of P. goeldii and their shelters are also attainable by
the ants. Moreover, as the cuticular profiles of V. tertianus larvae are clearly different from
those of the ants and also from the leaf-surface of A. mertensii, acceptance is not due to
mimicry between larvae and plants or ants. However, the caterpillars deposit, on the leaf they
eat, silk containing a very similar mixture of substances as those found on their own cuticle.
No interaction with ants was recorded during observations, even though the ant gardens were
patrolled by numerous P. goeldii individuals during their activity period.
But, when
confronted with the caterpillar, none of the tested ant species reacted aggressively. These
results suggest the existence of compounds, other than cuticular lipids, responsible for the
absence of aggressiveness in the ants.
The case of V. tertianus is relatively new as
myrmecophily within Hesperiidæ has been described only once. Moreover it preferentially
involves a Ponerinæ, a subfamily in which interactions with other arthropods are exceptional.
– 132 –
Introduction
Limited to the Neotropics, ant gardens concern only a few arboreal ant and epiphyte
species. They are initiated by ants that build a carton nest into which they incorporate
epiphyte seeds. Then the first workers of the colony enlarge the carton nest as the seedlings
develop. Their roots strengthen the nest, and when the ant garden reaches "maturity" the ants
live between the epiphyte roots that they nourish with vegetal debris and their own refuse
(Kleinfeldt, 1978, 1986; Madison, 1979; Davidson, 1988; Davidson & Epstein, 1989; Yu,
1994; Corbara & Dejean, 1996; Orivel et al., 1998b). When confronted with choice tests
during foraging, the workers of each ant species chose seeds of certain epiphytes rather than
others, so that the epiphytic composition of the ant gardens varies according to the ant species
(Orivel & Dejean, 1999b). Parabiosis, or the association of two ant species sharing a common
ant garden, but not their nest chambers, is frequent. In this case, both species have different
cuticular profiles (which are the source of the colonial odour used in nestmate recognition), so
that individuals from each colony may learn the colonial odour of their associates (Davidson,
1988; Orivel et al., 1997). Ant gardens constitute a mutualism that has been defined as one of
the most complex type of ant-plant associations (Kleinfeldt, 1986; Davidson & Epstein, 1989;
Hölldobler & Wilson, 1990).
Due to their abundance and to the lack of favourable shelters, ant gardens represent
interesting nesting sites for many arboreal ant species other than those that build them, and for
other insects that benefit from ant protection (Kleinfeldt, 1986; Dejean et al., 1997a; Corbara
& Dejean, 1998).
During our research on ant gardens, we noted the presence of caterpillars of Vettius
tertianus (Herrich-Schäffer, 1869) (Hesperiidæ) feeding on Aechmea mertensii, a bromeliad
frequent in the floristic composition of ant gardens, although very aggressive and active ants
were present. Ant-lepidoptera associations concern mostly lycænid and riodinid butterflies,
and range from facultative and obligate mutualism to commensalism and parasitism, or
combinations of these.
In mutualism, the relationship is analogous to ant-homopteran
associations, but the secretions furnished to the associated ants by the caterpillars are secreted
by specialised glands, while the honeydew of homopterans corresponds to a modified
excretion.
In parasitism, the caterpillars secrete compounds that mimic ant recognition
signals. Depending on the species, they feed on ant brood, homopterans attended by the ants,
ant food, or on trophallactic regurgitations (Hölldobler & Wilson, 1990; Pierce et al., 1991;
Fiedler, 1997, 1998).
– 133 –
In the present article, we describe the biology of V. tertianus and investigate the basis of
its relationship with ants in ant gardens, as they succeed in circumventing the ant protection of
the associated epiphyte.
Material and methods
Ant gardens
We conducted an exhaustive inventory of ant gardens on pioneer vegetal formations in
Sinnamary, French Guiana between 1995 and 1998. Ant gardens were visually located, then
the epiphyte composition, the sheltering ant species and the presence of caterpillars or of
pertinent clues of their former presence were noted. The other species of Bromeliaceæ of the
study area were also recorded for the presence of V. tertianus caterpillars or attacks by other
insects on the leaves.
We used Fisher's exact test from StatXact 3.1 software in order to compare the ant
species sheltering in the 56 ant gardens where caterpillars of V. tertianus were noted to the
754 ant gardens recorded during extensive research.
Activity rhythm
Four ant gardens inhabited by Pachycondyla goeldii, the most frequent species
associated with V. tertianus, were observed during 24 h. One of these four selected ant
gardens sheltered a last-instar larva of V. tertianus, whose feeding rhythm was also recorded.
P. goeldii foragers leaving or returning to the nest were recorded during 5 min every hour or
half-hour for dawn and twilight periods. Foraging activity is expressed as the mean number
of leaving and returning foragers for the four nests observed.
Confrontations between V. tertianus larvae and ants
Four types of confrontations were set up. In the first two situations, P. goeldii workers
were confronted with (1) larva from their own ant garden, and (2) larva from another ant
garden. P. goeldii workers that had never been in contact with a V. tertianus larva were used
in the third confrontation and, in the fourth, three other ant species living in ant gardens
(Camponotus femoratus, Crematogaster limata parabiotica and P. villosa) were tested. For
– 134 –
each confrontation, a V. tertianus larva was confronted with five ant workers (20 for Cr. l.
parabiotica) during 5 min in a neutral arena (a Petri dish, 10 cm in diameter).
The different behaviours were classified into three categories: neutral (antennal contact
not followed by either aggressive or amicable behaviour), aggressive (opening of mandibles,
bites, stings) and amicable (licking). The results were expressed as the percentage of each
behavioural type in relationship to the total number of contacts recorded.
Gas chromatography (GC)
The cuticular compounds of individual caterpillars and compounds of epiphyte-leaf
surfaces were sampled by Solid Phase Microextraction (SPME) with a 7-µm
polydimethylsiloxane coated fibre (Supelco Inc., Bellefonte, Pennsylvania). This fibre is
designed for mid- to nonpolar semivolatile substances. The fibre was rubbed for 5 min
against the dorsal part of caterpillar bodies or against the upperside of leaves and then
immediately desorbed in the injection port of the gas chromatograph for 5 min. Extracts were
performed on V. tertianus larvae and on both intact and partially eaten leaves of Aechmea
mertensii.
The cuticular substances of ant species inhabiting the ant gardens that sheltered V.
tertianus (i.e., P. goeldii, Odontomachus mayi and Cr. l. parabiotica) were extracted with
pentane, after the congruency of the cuticular profiles obtained either by SPME or solvent
extractions was verified. For each extract, five individuals (except Cr. l. parabiotica; 40
individuals because of their small size) were killed by freezing and immersed in 2 ml of
pentane for 5 min. The extract was then evaporated under nitrogen and redissolved in 500 µl
of pentane (100 µl for Cr. l. parabiotica extract). Of this solution, 2 µl were analysed by GC.
Three P. goeldii colonies and their respective A. mertensii coming from reference ant gardens
(i.e., that have never been in contact with V. tertianus) were also sampled for comparisons.
GC analyses were conducted using a HP 5890 Series II chromatograph, equipped with a
split-splitless injector, a flame ionization detector and a nonpolar fused-silica capillary
column (HP-5, Hewlett Packard, 25 m x 0.32 mm ID x 0.25 µm film thickness). The
analytical procedure was the same for both SPME and pentane extracts, except for the
duration of the splitless mode of injection (5 min or 15 sec, respectively).
The oven
temperature program was: (1) 4 min at 100°C, (2) increased to 320°C at 5°C/min, (3) then
isothermal (320°C) for 15 min. The injector temperature was 250°C, the detector temperature
was 280°C and the carrier gas was helium.
– 135 –
Bromeliad species
Intact
Attacked by
V. tertianus
other insect species
Billbergia violacea
Disteganthus spp.
Guzmania spp.
Streptocalyx longifolius
Tillandsia spp.
Vriesea splendens
Vriesea spp.
7
10
28
1
46
198
58
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
15
26
TOTAL
348
0
42
Table 1. Extensive survey of the use of bromeliad species other than A. mertensii as host
plants by V. tertianus larvae.
– 136 –
Integrations were realised with HP GC-Chemstation software.
To estimate the
similarity of the profiles, all the peaks were first recorded and the relative percentage of each
peak in relationship to the total taken into account was calculated. A hierarchical cluster
analysis using Ward's method for aggregation (Ward, 1963) was then conducted with SPAD
3.01 software.
Results
Life cycle of Vettius tertianus
We never noted larvae or clues of their former presence on any of the other
Bromeliaceæ species, except Aechmea mertensii, encountered in the study area (Table 1).
Although we did not observe any oviposition acts, we can infer from the egg and larval
distribution that the females of V. tertianus (Fig. 1g, h) always lay their eggs on A. mertensii,
preferentially on young individuals. Eggs are deposited on the upperside of epiphyte leaves
near the insertion point of the leaf into the rosette (Fig. 1a, b). They are hemispherical,
approximately 2 mm in diameter, slightly orange in colour with a purple micropyle. As the
larvae emerge, they enter into the inter-leaf cavity of the leaf where their eggs were laid, and
build a shelter by roughly drawing together the outer edges of the leaf with a few strands of
silk. The larvae are uniformly green with a large and rounded head, brown in colour (Fig. 1c,
d). Early stage larvae always feed in close proximity to their shelters, while larger ones rather
start feeding at the tips of their sheltering leaf. The leaves are entirely consumed before the
larvae abandon the shelter and construct another. Except before pupation, larvae were never
observed feeding on leaves other than those where they sheltered. Pupation occurs outside the
shelter on leaves of the food plant or on the carton nest of the ant garden (Fig. 1e, f).
The larvae of all instars have a peculiar defecation behaviour. The frass pellets are
expelled over 30 cm and hence fall to the ground instead of accumulating on the hostplant.
This behaviour enables the removal of certain indices that could attract parasitoids or
predators.
Nevertheless, four of the 19 collected larvae (21.1%) were parasitized by
numerous individuals of Dolichogenidea sp. (Braconidæ, Microgastrinæ), and four other
traces of parasitized larvae were also recorded. This fact suggests that this parasitoid may
find the caterpillars according to certain clues such as odours emanating from the larvae or
from the damaged host plants.
– 137 –
Figure 1. (a) Egg of V. tertianus on the upperside of A. mertensii leaf, with a worker of P.
goeldii patrolling on the leaf. (b) close-up of the egg. (c) second instar larva. (d)
mature larva. (e) caterpillar in prepupal stage. (f) pupa on the carton nest of the
ant garden. (g) dorsal view of an adult female. (h) ventral view.
– 138 –
Clues of the former presence of V.
tertianus
Number
of ant
gardens
with V.
tertianus
V. tertianus
larvae
Odontomachus mayi /
Pachycondyla crenata
Dolichoderus attelabioides
Azteca sp.
Crematogaster brasiliensis
Crematogaster brasiliensis /
Crematogaster brasiliensis /
Empty
34
12
3
1
4
1
1
1
1
1
1
9
3
6
1
2
12*
TOTAL
56
19
22
4
28
73
Inhabiting ant species
Eaten
A. mertensii
Traces of
parasitized
larvae
12
2
Hatched Total
eggs
1
16
42*
7
8*
2
1
4
2*
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Table 2. V. tertianus larvae and traces recorded in 56 ant gardens according to the sheltering
ant species (*: the total number of larvae and of clues of their former presence is
higher than the number of ant gardens because of cases of two or more larvae or
hatched eggs in the same ant garden).
Statistical comparison (Fisher exact test) between the distributions of ant species in
ant gardens with V. tertianus and of ant species sheltering in the 754 ant gardens
recorded in the study area (see Annex 1): P = 1.4 x 10-7.
Mean number of leaving and returning foragers
6
5
4
3
2
1
13
:00
11
:00
9:0
0
7:0
0
5:0
0
3:0
0
1:0
0
23
:00
21
:00
19
:00
17
:00
15
:00
0
Hour
Figure 2. Activity rhythm of P. goeldii (curve) and feeding rhythm of V. tertianus larva
(triangles).
– 139 –
Among the 19 living larvae of V. tertianus recorded, we found in only two cases two
larvae in the same ant garden, but traces of multiple hatched eggs (from two to five) were
found in seven cases.
Association with ants
Forty-seven out of 56 ant gardens sheltering V. tertianus (83.9 %) were inhabited by
ants from nine species, P. goeldii being by far the most frequent (60.7 %) (Table 2). In 8.9 %
of the cases, the ant gardens were shared by two ant species either living in parabiosis
(Odontomachus mayi / Crematogaster limata parabiotica associations) or due to the
secondary occupation of the ant gardens by opportunistic ant species (Cr. brasiliensis / P.
villosa or Dolichoderus attelabioides).
A comparison of the distribution of ant species
nesting in the ant gardens that sheltered V. tertianus (Table 2) vs. the one of the 754 ant
gardens recorded in the study area during an extensive survey (Annex 1) resulted in a highly
significant difference (P = 1.4x10-7).
Moreover, the frequency of V. tertianus larvae
associated with P. goeldii, compared to all other ant inhabitants of ant gardens was also
significantly different (P = 9.2x10-4). Thus, V. tertianus larvae are preferentially associated
with P. goeldii.
All empty ant gardens and those inhabited by the other species except for the parabiotic
associations were undoubtedly first initiated and inhabited by P. goeldii. Indeed, certain clues
such as the appearance of the carton, the epiphyte species or the gardens' location enabled the
ant species that initiated the ant garden (i.e., Camponotus femoratus, Cr. l. parabiotica, O.
mayi or P. goeldii) to be differentiated. Note that no signs of V. tertianus were recorded in ant
gardens inhabited by parabiotic associations between C. femoratus and Cr. l. parabiotica,
although more than one third of the ant gardens in the study area were inhabited by this
combination of ant species.
Activity rhythm and confrontations between ants and larvae
P. goeldii is a strictly nocturnal species that forages from twilight to dawn (Fig. 2).
Foragers begin to leave the nest between 18h00 and 18h30 at sunset and are highly active
until daybreak, with a slight decline in activity around 1h00. Workers forage alone in trees,
hunting insect prey or collecting extrafloral nectar.
The larva of V. tertianus was observed feeding during both day and night, as did captive
larvae under laboratory conditions, independently of the presence or absence of foraging P.
– 140 –
Dissimilarity Index
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
O. mayi 9
P. goeldii 10
P. goeldii 14
P. goeldii 8
P. goeldii 15
0.32
P. goeldii
group1
P. goeldii 13
P. goeldii 5
Eaten leaf 10b
Eaten leaf 10a
0.41
Eaten leaf 8
V. tertianus 10a
V. tertianus larvae
group 2
V. tertianus 10b
0.05
V. tertianus 5
V. tertianus 8
Pupa V. tertianus 10b
Pupa V. tertianus 11
Pupa V. tertianus 8
Pupa V. tertianus 10a
0.72
0.01
Pupa V. tertianus 9
Pupa V. tertianus 3
0.15
V. tertianus Pupae
group 3
Pupa V. tertianus 12
A. mertensii 9
A. mertensii 12
A. mertensii 1
A. mertensii 4
A. mertensii 14
0.26
0.53
A. mertensii 15
A. mertensii 5
A. mertensii
group 4
A. mertensii 13
0.34
A. mertensii 8
A. mertensii 3
Cr. l. parabiotica 9
0.41
V. tertianus 9
Eaten leaf 9
Eaten leaf 12
0.03
Eaten leaf 11
V. tertianus 4
V. tertianus larvae
group 5
V. tertianus 11
V. tertianus 3
V. tertianus 12
V. tertianus 1
Figure 3. Hierarchical cluster analysis of the cuticular profiles of V. tertianus (larvae and
pupae) and ants, and of leaf-surface profiles of A. mertensii. Node values are
expressed in terms of dissimilarity. The dissimilarity index varies from 0 (identical
profiles) to 1. The number of each extract refers to the ant garden (example: V.
tertianus larvae 9 eating leaf 9 of the A. mertensii 9 of the ant garden inhabited by
O. mayi 9 and Cr. l. parabiotica 9). Three colonies of P. goeldii and three A.
mertensii epiphytes were used as references; i.e., ants and epiphytes that had never
been in contact with V. tertianus (noted 13 to 15).
– 141 –
goeldii workers. V. tertianus larvae come out of their shelters about once every hour and feed
during 5 min. During the continuous 24-hour observation period, no interactions between P.
goeldii workers and the caterpillar were observed, although both caterpillars and ants can be
active at the same moment. Note that the ants were never aggressive or even excited when
crawling near the larval shelters and that leaves with eggs were visited as often as the others
of the epiphyte.
Almost all of the contacts recorded between P. goeldii workers and V. tertianus larvae
during laboratory confrontations were antennal contacts not followed by aggressive reactions
(Table 3). Even when the workers had never been in contact with a larva or were faced with a
caterpillar from another ant garden, the same reactions were observed. Moreover, ant species
able to initiate ant gardens (C. femoratus and Cr. l. parabiotica) or to inhabit them
secondarily (P. villosa) reacted in the same way. During these confrontations, the ant workers
were also often observed walking on the caterpillar without any particular reaction.
Behaviour of the ants
P. goeldii vs. larva of its ant garden
P. goeldii vs. larva of another ant garden
P. goeldii that have never been in contact with a larva
C. femoratus
Cr. l. parabiotica
P. villosa
Neutral
Aggressive
Amicable
100
100
91
100
86.2
100
0
0
8.9
0
13.8
0
0
0
0
0
0
0
Table 3. Percentages of the three types of behaviours recorded during the confrontations
between ants and V. tertianus larvae.
Chemical analyses
The hierarchical cluster analysis of the cuticular compounds of V. tertianus larvae, ants,
and of leaf-surface compounds of A. mertensii enabled their separation into five groups, of
which three are constituted of very similar individuals (Fig. 3).
Two of these three latter groups were composed of V. tertianus larvae and their
respective eaten leaves (groups 2 and 5, Fig. 3). Within each of these two groups, the
cuticular profiles of the individuals are very close, but the caterpillars from each group are
clearly different (dissimilarity index = 0.72). This separation between caterpillars is not
– 142 –
correlated to geographical populations; moreover, the majority of the caterpillars came from
the same area. This could be the result of a sexual determinism, one group representing
female larvae and the other male. However, no correlation between cuticular profiles and the
imago's sex was examined to confirm this hypothesis. The reason that the surface compounds
of partially-eaten leaves are almost identical to those of the cuticle of their respective
caterpillars is due to the silk deposited on their surface when the larvae come off their shelters
to eat. Indeed, the silk and the larvae cuticle contain a very similar mixture of compounds (DI
= 0.03 and 0.05 between individuals; i.e., silk and larvae, of each group).
The cuticular profiles of V. tertianus pupae are clearly different from those of the larvae
(DI = 0.72 and 0.53 with groups two and five, respectively). The seven pupae studied, three
from the first group of caterpillars and four from the second, are aggregated and constitute the
third group of very similar individuals (group 3, DI = 0.01).
The cuticular profiles of the ant species inhabiting the ant gardens were distinct from the
three previous groups. The two ant species of the parabiotic society (O. mayi 9 and Cr. l.
parabiotica 9) were not linked to any group and segregated separately, as already
demonstrated for ants living in parabiosis (Orivel et al., 1997). P. goeldii colonies from ant
gardens with V. tertianus larvae were segregated with their nestmates from the reference
colonies (group 1, Fig. 3), but intercolonial differences may be important, resulting in a
heterogeneous group (DI = 0.32).
The uneaten (and untouched by silk) leaves of A. mertensii were separately aggregated
and constitute a fourth group, including the three used as references (group 4, fig. 3). As for
P. goeldii, interindividual differences between A. mertensii could be important (DI = 0.26).
Note that the cuticular profiles of these leaves contain only a few compounds, so that a slight
difference may separate them into two groups, as occurred for Aechmea 9 and 12 (Fig. 3).
Discussion
V. tertianus larvae have been found only on the bromeliad A. mertensii, which seems
then to be the only hostplant used by this species. Since A. mertensii is restricted to ant
gardens, as are most of the other ant-garden epiphytes, the life cycle of V. tertianus is
undoubtedly linked to ants. The numerical relationships between ant species inhabiting ant
gardens and the presence of V. tertianus larvae highlight the preferential association of the
caterpillars for P. goeldii. This species, along with C. femoratus, Cr. l. parabiotica and O.
– 143 –
mayi, is one of the rare species able to initiate ant gardens in the study area (Davidson, 1988;
Corbara & Dejean, 1996; Orivel et al., 1998b). Moreover, A. mertensii is the principal
epiphyte in the ant gardens of P. goeldii (Orivel & Dejean, 1999b).
The oviposition strategy of V. tertianus may not only then be based on finding a
hostplant, but may also imply the identification of the inhabiting ant species. Ant-dependent
oviposition has been demonstrated in some myrmecophilous butterflies for which the
presence of ants can be more important than the choice of hostplant (Fiedler & Maschwitz,
1989; Fiedler, 1997; Wagner & Kurina, 1997). Concerning V. tertianus, the hostplant species
seems to be the most important clue for oviposition as the larvae were only encountered on A.
mertensii, but the identification of the ant-garden inhabitant may also influence egg-laying.
Indeed, no signs of egg shells or larvae were recorded on ant gardens inhabited by the
parabiotic associations between C. femoratus and Cr. l. parabiotica, although they represent
more than one third of the ant gardens of the study area.
The V. tertianus caterpillars neither provide secretions to the ants, nor possess defensive
devices (e.g., hairs or appendices) against ants, nor do they seem to be toxic or repellent to
predators, at least wasps (pers. obs.). They do not have an activity rhythm permitting them to
avoid contact with the inhabiting ants and their shelters are also reachable by the ants, unlike
other lepidopteran species (Freitas & Oliveira, 1992). Their survival in ant gardens may then
have a chemical basis.
Among ants, the discrimination of nestmates and intruders is
essentially based on the perception and similarity of cuticular substances (Vander Meer &
Morel, 1998). Our analyses of the cuticular profiles of V. tertianus larvae and ants did not
show a congruency in the patterns, unlike that observed in the Parachartergus-Pseudomyrmex
association in acacias, for example (Espelie & Hermann, 1988). The cuticular compounds of
the caterpillar and those of the leaf-surface of A. mertensii are also clearly different; therefore
acceptance is not due to mimicry between larvae and plants or ants, a strategy generally used
by many insects that live within ant colonies (Dettner & Liepert, 1994).
Nevertheless, the caterpillars deposit silk with the same substances as those found on
their cuticle on the leaf they eat. This marking may be both an act of appeasement and a "notrespassing" sign for the ant-garden ants, as no interactions were recorded during field
observations, even though the ant gardens were patrolled by numerous P. goeldii individuals
during their activity period. However, P. goeldii and all the other ant species tested did not
react aggressively during laboratory confrontations with larvae. Such behaviour suggests the
presence of compounds, certainly other than cuticular lipids, which might be responsible for
the absence of aggressiveness in the ants.
– 144 –
Fiedler (1998) defined parasitic relationships with ants among Lycænidæ as only those
cases where larvae penetrate into ant colonies and feed on brood, food items or on
trophallactic regurgitations and thus, reduce the fitness of the host colony. Larvae that feed
on ant-plants were excluded because of their little impact on the plants and thus on the
survival of the ant colonies (but see Maschwitz et al., 1984). According to this definition, V.
tertianus cannot be considered as a parasite. However, the epiphytes, generally entirely eaten
by the caterpillars, are indispensable to the survival of the ant garden (Yu, 1994). V. tertianus
may then be regarded as a parasite of the ant-garden system and not only of the plant, even if
its effect on the ant species can hardly be measured.
Myrmecophily is widespread in the family Lycænidæ (Fiedler, 1991), but occurs rarely
in other Lepidoptera families (Hölldobler & Wilson, 1990). Within Hesperiidæ, caterpillarant associations have been described only once between the larvae of Lotongus calathus and
Dolichoderus bituberculatus (Dolichoderinæ) in South-East Asia (Igarashi & Fukuda, 1997).
Note also that a "leaf sealer" hesperiid caterpillar is able to circumvent the ant defences of an
Inga (Mimosaceæ), a plant bearing extrafloral nectaries (Koptur, 1984).
The case of V. tertianus is then relatively new especially as it preferentially involves P.
goeldii, which belongs to the Ponerinæ, a subfamily considered as primitive with interactions
with other arthropods (except prey) being exceptional (Hölldobler & Wilson, 1990; Peeters,
1997). Nonetheless, species of the genus Ectatomma are able to tend lycænid and riodinid
caterpillars and, other ponerines such as Rhytidoponera metallica and Odontomachus
haematodes have also, albeit rarely, been observed in association with lycænid caterpillars
(De Vries, 1991; Fiedler, 1991).
Acknowledgements
We are grateful to Dr. Philippe Cerdan, director of the Laboratoire Environnement de
Petit Saut (EDF – CNEH) for his logistical help, to Dr. Jacques Delabie (CEPEC, CEPLAC,
Itabuna, Bahia, Brazil) for the identification of the ants, to Bernard Hermier for the
identification of the Hesperiidæ, to Christian Marty for his gift of the picture of the adult
individual of V. tertianus, to Dr. A. K. Walker (Entomology Dept., Natural History Museum,
London, UK) for the identification of the parasitoids, and to Andrea Dejean for English
corrections on the manuscript.
– 145 –
Ant species
Number of
ant gardens
Percentage
Camponotus femoratus / Crematogaster limata parabiotica
Odontomachus mayi / Crematogaster limata parabiotica
Dolichoderus sp. SJ
Azteca chartifex
Crematogaster brasiliensis
Azteca sp.
Pachycondyla crenata
Dolichoderus bidens
Pheidole spp.
Ectatomma tuberculatum / Pheidole sp.
Odontomachus hastatus
Pachycondyla cavinodis
Pachycondyla goeldii / Crematogaster limata parabiotica
Crematogaster brasiliensis / Pachycondyla villosa
Crematogaster brasiliensis / Dolichoderus attelabioides
Azteca chartifex / Dolichoderus sp.
Camponotus abdominalis / Crematogaster sp.
Camponotus rengerri
Camponotus rufipes / Crematogaster brasiliensis
Cr. l. parabiotica / C. femoratus / O. mayi / Zacryptocerus sp.
Dendromyrmex chartifex
Odontomachus haematodus / Crematogaster longispina / Pheidole sp.
Odontomachus mayi / Dolichoderus sp.
Pachycondyla crenata / Pheidole sp. / Crematogaster sp. gp. limata
Empty
281
255
43
39
18
15
9
7
6
4
4
3
3
3
2
2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
43
37.3
33.8
5.7
5.2
2.4
2.0
1.2
0.9
0.8
0.5
0.5
0.4
0.4
0.4
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
0.1
5.7
Total number of ant gardens
754
Annex 1. Distribution of ant species inhabiting 754 ant gardens recorded in pioneer
formations.
– 146 –
ARTICLE 7
– 147 –
— Article 7 : La prédation chez Pachycondyla goeldii —
Article 7 : Prey capture behavior of the arboreal ponerine ant
Pachycondyla goeldii (Hymenoptera: Formicidæ)
Jérôme ORIVEL (1) A. SOUCHAL (1), P. CERDAN (2) & Alain DEJEAN (3)
(1)
(2)
HYDRECO, Laboratoire de Recherches en Environnement, Aménagement de Petit
Saut, B.P. 823, 97388 Kourou cedex, France.
(3)
Abstract
Pachycondyla goeldii, one the rare arboreal ponerine ants, is a generalist predator. We
compared its predatory behavior when confronted with different insect prey taxa.
The
sequence of prey capture is very similar to those of other generalist predators of the
subfamilly Ponerinæ. The agility and swiftness of the workers enabled them to catch most
insect prey before they escape by flying away, jumping or falling to the ground. Prey
detection was mostly from a short distance and followed by a very rapid attack, generally
without any antennal palpation, resulting in a random seizure. Almost all of the active prey
were stung at least one time during capture, even small prey that were easily mastered by the
ants. This predatory behavior consisting in shortening the sequence of capture, with stinging
almost obligatory, is therefore well adapted to arboreal life as it permits the capture of
arboreal insects that have developed different antipredator strategies. Prey retrieval was direct
and conducted solitarily, suggesting the existence of orientation cues. P. goeldii foragers
palpated anaesthetized prey significantly more often than they did active prey, while it was
the contrary for stinging. The reserve behavior displayed when a prey succeeded in escaping
is very similar to those already described. These results are compared to those known for
other Pachycondyla species and discussed with reference to the adaptation to arboreal life.
– 148 –
Introduction
Among ants, almost all species of the subfamily Ponerinæ are ground-dwelling and
strictly predatory.
Feeding specialization is frequent in Ponerinæ compared to other
subfamilies, and generally concerns ground-dwelling arthropod taxa implicated in the
degradation of the leaf litter or fallen wood (Hölldobler & Wilson, 1990; Peeters, 1997;
Dejean et al., 1999f).
Most ponerine ants recorded on trees nest in the preexisting cavities of dead branches or
suspended soils (Lévieux, 1976b; Freeland et al., 1982; Dejean & Olmsted, 1997; Gobin et
al., 1998a). Pachycondyla goeldii is a Neotropical ant species restricted to ant gardens and
constitutes, with P. luteola and Odontomachus mayi, one of the three ponerine ants that have
developed mutualistic relationships with plants (Verhaagh, 1994; Corbara & Dejean, 1996;
Dejean et al., 1997a; Yu & Davidson, 1997; Orivel et al., 1998b). Ants initiate ant gardens by
incorporating only a few species of the selected epiphyte seeds into the carton of their
founding nests, made of plant fibers. The seeds then germinate, the epiphytes develop, and
secondarily the ant colonies nest between the epiphyte roots that are provisioned with
minerals thanks to the ants' refuse (Madison, 1979; Buckley, 1982; Kleinfeldt, 1986;
Davidson, 1988; Davidson & Epstein, 1989; Orivel & Dejean, 1999b). P. goeldii is a pioneer
ant species, frequent in sunny areas such as forest edges and plantations. It is a generalist
predator that forages at night on trees, and a part of its alimentation also includes extrafloral
nectar that the foraging workers gather and retrieve between their mandibles thanks to surface
tension strengths.
We hypothesized that the adaptation to arboreal life can influence the predatory
behavior of this species. As a result, we conducted studies using different types of prey,
permitting comparisons with ground-dwelling ponerine ant species.
Materials and Methods
This study was conducted on four colonies of P. goeldii originating from pioneer
formations along forest edges in Sinnamary, French Guiana. The ant gardens inhabited by
each colony were fastened to the ends of upright wooden rods, wedged into blocks of wood
and placed into hunting areas (150x50cm for two colonies, 100x40cm or 63x45cm). Ants
were provisioned to saturation with honey and prey were provided in addition twice a week
(crickets or Tenebrio larvae).
– 149 –
For the experiments, prey were placed one by one and each time at a different place in
the hunting area. The behavioral sequences were recorded by direct observations from the
introduction of the prey into the hunting area to its retrieval to the nest. The zone of the prey
body seized and the type of retrieval (direct or not) were also noted. During preliminary
experiments, we noted the richest behavioral sequences permitting us to establish data sheets
that we used during experimentation to record each behavioral act performed (see Dejean &
Evraerts, 1997; Schatz et al., 1997). For each kind of prey, a flow diagram was devised from
observational data. Percentages were calculated based on the overall number of transitions
between each behavioral act. We compared the predatory behavior of P. goeldii when
confronted with seven types of prey: termite workers (Reticulitermes sp.; 4-5mm long), active
or anaesthetized crickets (Acheta domesticus; 4-5mm long and 8-9mm long) and, active or
freshly-killed caterpillars (Galeria melonella; 8-9mm long).
Because of the speed of the foraging workers, the type of prey detection was not
determinable by direct observation.
Thus, 45 sequences of detection were filmed and
analyzed in order to distinguish detection by contact or from a distance.
Statistical comparisons were made using Fisher's exact test (StatXact 2.05 software).
Results
Behavioral sequences
Detection. P. goeldii foragers are swift moving, particularly for a Ponerinæ
(2.44±1.07cm.s-1). The analysis of 45 prey encounters revealed that most of the prey (46.7%)
were detected from a distance of less than 5mm, while detection by contact occurred in 28.9%
of the cases. The last 24.4% remain uncertain. When prey were detected from a distance, the
ants modified the position of their antennae with the funicules parallel, turned towards the
prey and opened their mandibles. Both types of detection were followed by very rapid
attacks.
Seizure. When faced with active prey, the capture strategies of P. goeldii foragers did
not differ according to prey species or size (Figure 1). After antennation, the prey were very
rapidly seized and lifted. Palpation was rare for termite workers (2.4%) and 4-5mm or 8-9mm
long crickets (2.9 and 3.1%, respectively), but frequent when the ants were confronted with
caterpillars (42.3%). The abandoning of prey was only recorded after palpation, but was also
– 150 –
Palpation
active
anaesthetized
active
8-9mm long crickets
anaesthetized
active
8-9mm long caterpillars
freshly-killed
4-5mm long crickets
Retrieval without stinging
Frequency
P
Frequency
P
2/69
11/41
1/32
12/30
11/26
15/25
3x10-4
1/69
10/41
2/32
12/30
1/26
20/25
1.9x10-4
3.9x10-4
NS
2x10-3
1.3x10-8
Table 1. Comparisons of the number of cases of prey palpation and prey retrieval without
stinging between active and anaesthetized prey (Fisher's exact test).
– 151 –
very rare (maximum of 3.8% for caterpillars). In the other cases, seizure and lifting followed
palpation as they did after antennation. No particular sites of seizure were recorded. As the
attacks immediately followed antennal contact, the prey were seized by the zone of their
bodies that was in contact with the ants' antennae.
The use of venom. Stinging or stinging attempts generally occurred at least once in
reaction to prey movements. Transport to the nest immediately after seizure and thus without
stinging the prey were rare. Repeated stinging was only noted in the capture of caterpillars
(26.9%), while termites or crickets could be stung again during transport to the nest (7.5, 13
and 25%, respectively). Note that in the case of termite capture, the ants tried to sting without
success in 4% of the cases, with the prey transported to the nest immediately after the stinging
attempt.
Retrieval. Prey retrieval to the nest differed according to prey size. It was more often
direct for small prey than for large ones (i.e., termites and 4-5mm long active or anaesthetized
crickets: 121 cases out of 147; 8-9mm long active or anaesthetized crickets and 8-9mm long
active or freshly-killed caterpillars: 69 cases out of 108, P = 1.3x10-3). During the transport of
large prey, the ants always stopped at least once in order to seize the prey again and to
reorient their path. Termites were mostly seized by the thorax, and crickets by the abdomen,
and both carried forward to the nest, while caterpillars could be pulled backwards.
Capture of anaesthetized prey. When faced with anaesthetized prey (4-5mm or 8-9mm
long crickets) or 8-9mm long freshly-killed caterpillars, the capture behavior of P. goeldii
workers varied as follows. Anaesthetized crickets were palpated significantly more often than
active individuals, but no differences existed between active and freshly-killed caterpillars
(Table 1). The use of venom during the capture of inactive prey was also significantly less
frequent and retrieval just after seizure was recorded in up to 80% of the cases for freshlykilled caterpillars (Fig. 1).
– 152 –
Detection of prey
Detection of prey
Localization
Localization
Approach
Approach
2.9 %
Palpation
Antennation
26.8%
2.9 %
Prey escape
Palpation
Antennation
94.2%
73.2%
1.4 %
1.4 %
Prey abandoned
Seizure
Reserve behavior
Seizure
94.2%
75.6%
Lifting
Prey escape
Lifting
1.4 %
2.4 %
73.2%
24.4%
Stinging
Stinging
Self grooming
13%
Transport to the nest 95.6%
Transport to the nest 100%
A: 4-5mm long active crickets
(69 cases)
Palpation
B: 4-5mm long anaesthetized crickets
(41 cases)
Detection of prey
Detection of prey
Localization
Localization
Approach
Approach
3.1 %
Antennation
40%
6.3 %
Prey escape
Palpation
90.6%
Seizure
33.3%
6.7 %
12.6%
Reserve behavior
Antennation
Prey abandoned
93.7%
3.3 %
Avoidance
56.7%
Seizure
50%
Lifting
Prey escape
Lifting / Traction
40%
6.3 %
6.3 %
Stinging
6.3 %
87.4%
Self grooming
Stinging
25%
C: 8-9mm long active crickets
(32 cases)
D: 8-9mm long anaesthetized crickets
(30 cases)
– 153 –
Detection of prey
Detection of prey
Localization
Localization
Approach
Approach
2 .4 %
Palpation
Antennation
2 .4 %
4 2.3%
Palpation
Prey escape
9 5.2%
3 .9 %
2 .4 %
Seizure
Reserve behavior
Antennation
3 8.4%
Prey abandoned
Seizure
9 2.2%
9 5.2%
Lifting
Lifting / Traction
Prey escape
9 0.3%
2 .4 %
3 .9 %
4 .9 %
Stinging
5 7.7%
2 6.9%
Sting attempt
Stinging
7 .5 %
Transport to the nest 9 6.1%
Transport to the nest 9 7.6%
F: 8-9mm long caterpillars
(26 cases)
E: 4-5mm long termite workers
(41 cases)
Detection of prey
Localization
Approach
6 0%
Palpation
Antennation
5 4%
4%
Prey abandoned
4 0%
Seizure
1 6%
Traction
8 0%
Stinging
Transport to the nest 9 6%
G: 8-9mm long freshly-killed caterpillars
(25 cases)
Figure 1. Flow diagrams representing the
sequences of predatory behavior
of P. goeldii workers faced with
different types of prey. The
percentages are calculated from
the total number of cases.
– 154 –
Reserve behavior
When faced with a prey that succeeded in escaping, the ants adopted a so-called
"reserve behavior". The foraging paths involved in reserve behavior were similar to those
already described in other Ponerinæ species. The first part of the path consisted in very tight
circles (from one to four) around the point of prey encounter. The workers then enlarged their
zone of research, so that the paths took on a rosette-like aspect which periodically led the
workers to the area where the prey escaped. The sinuosity and the speed recorded during the
reserve behavior were obviously higher than during exploration.
The ants were very
aggressive and moved with their mandibles opened, attacking everything they encountered,
even nestmates.
This behavior enabled the ants to rediscover 35 out of the 45 prey that succeeded in
escaping and to recapture 20 of them.
Discussion
The recorded behavioral sequences of prey capture were highly comparable to those
already described for other generalist predators of the genus Pachycondyla (Dejean &
Corbara, 1990b; Dejean, 1991; Lachaud & Dejean, 1994). Nevertheless, a major difference
exists, involving the quickness of P. goeldii workers, reminiscent of a film on fast forward.
Although nocturnal, the workers always moved swiftly, so that the distinction between
detection from a distance (always less than 5mm) or by contact necessitated at first the use of
a video-camera.
Detection was immediately followed by a very rapid attack, generally
without palpation (concerning Galleria caterpillars; palpation is probably due to the
perception of particular cuticular waxes, as this species parasitizes bee hives). As a result, we
noted seizure at random (the first point of contact) immediately followed by stinging. This
rapidity permits the ants to surprise arboreal insect prey before they employ their antipredator
strategy by flying away (Diptera), jumping (Orthoptera) or falling (Coleoptera; Hemiptera;
Lepidoptera larvae).
The lack of palpation distinguishes the predatory behavior of P. goeldii, as Ponerinæ
always palpate their prey, permitting them to seize the prey by a particular part of their bodies
and to avoid prey defense reactions (Dejean & Corbara, 1990b; Dejean et al., 1990; Dejean,
1991; Lachaud & Dejean, 1994). The workers were able to adapt their behavior to the
situation, as small or large anaesthetized prey were generally palpated but not stung. The
– 155 –
latter reaction proves that stinging is triggered by prey movements, as is the case for other
ants having a stinger, with the exception of Psalidomyrmex procerus, a specialized predator of
earthworms, for which small prey were always stung, and captured whole, while large ones
which autotomize were not (Dejean, 1987a, 1987b; Dejean & Corbara, 1990b; Dejean et al.,
1993b, 1999d, 1999e; Lachaud & Dejean, 1994).
The path followed during prey retrieval was direct toward the nest (arboreal, even under
experimental conditions), suggesting the existence of orientation cues. As P. goeldii workers
forage at night, solitarily and apparently without laying trails, the direct return to the nest
might result from the existence of chemical landmarks deposited on the territory and around
the nest.
Foraging was always individual.
We never observed cooperation between
nestmates, even during the retrieval of large prey. Note that after a foraging worker entered
the nest with a prey, several nestmates left the nest in order to forage in their turn, but no
particular recruitment strategy was noted (but see Lachaud, 1985).
The reserve behavior displayed by P. goeldii workers confronted with an escaping prey
is also very similar to those already described (Dejean, 1988a; Dejean et al., 1993a; Dejean &
Corbara, 1998). The circular paths around the point of prey encounter, combined with high
speed and the extreme aggressiveness of the workers, raise the chance of finding again and
killing the escaped prey, if the latter is not a flying or a jumping insect. This particularly
concerned caterpillars as they never let themselves fall immediately when attacked.
In conclusion, the hunting behavior of P. goeldii differs from those of other generalist
and solitary-hunting ponerine species by the rapidity of execution, but not in the behavioral
sequences.
This is an important attribute for an arboreal predator as it efficaciously
compensates the anti-predator strategies of insect prey that try to escape by flying away,
jumping, or letting themselves fall. Moreover, part of the encountered prey are diurnal
insects, sheltered for the night under leaves, that are not very agile and thus easy to capture for
high-speed foragers. Note that this strategy is only possible if coupled with a particularly
powerful and quick-moving venom.
– 156 –
ARTICLE 8
– 157 –
— Article 8 : Comparaison de l'effet du venin dans le genre Pachycondyla —
Article 8 : Comparative effect of the venoms of the ants of the
genus Pachycondyla (Hymenoptera: Ponerinæ)
Toxicon (soumis)
(1)
(2)
Abstract
The venoms of 12 Pachycondyla ant species, all generalist predators, were compared for
their paralytic and lethal effects during prey capture of the cricket, Acheta domesticus. The
observed values covered a wide range that seems surprising when considering the close
phylogenetic relatedness of the species. Although employed for different purposes, these
venoms had the same type of physiological effect. They caused a rapid, dose-dependent and
reversible paralysis, followed by a second slow-acting paralysis which was permanent when
complete and led to death in less than 4 days. This finding suggests the existence of similar
toxins and of both neurotoxins and histolytic compounds as necrosis was often observed in
dead animals.
Comparisons based on the nesting habitats of the species highlighted
significant differences in paralysis after 2h and lethality, with arboreal species' venoms more
efficacious than those of ground-dwelling species thanks to their higher potency and their
rather fast-acting effect. Such a tendency may be considered as an adaptation to arboreal life
as possibilities of escaping for prey are more numerous than on the ground or in the leaf litter.
– 158 –
Introduction
In ants, venom has three major functions: defence against predators, prey capture
(offensive), and social communication (Schmidt, 1986). If defence is the most important role
of venom for many ant species, especially in the "evolved" subfamilies in which many species
are nectarivores rather than insectivores (predators), the offensive function undoubtedly plays
the major role in predatory ant species, such as the Ponerinæ. Indeed, predators sensu stricto
are over-represented in this subfamily, and prey capture by foraging workers of these species
is generally performed solitarily thanks to the use of venom (Hölldobler & Wilson, 1990).
Among ants, the subfamily Ponerinæ is considered as "primitive" on the basis of ancestral
morphological characteristics and social organisation (reviewed in Peeters, 1997).
The
chemical composition of the venoms of the few ponerine species studied also demonstrates a
close relationship with parasitic wasps (Leluk et al., 1989; Piek, 1991, 1992, 1993).
Most previous studies on Hymenoptera venom, except those on solitary parasitic and
predatory wasps, focused on the defensive aspect, especially against vertebrates. A number of
compounds (especially peptides) inducing pain, tissue damage or gustatory repellency have
thus been highlighted (Edery et al., 1978; O'Connor & Peck, 1978; Schmidt, 1982; Schmidt et
al., 1984; Piek et al., 1991b; Cruz Lopez & Morgan, 1997). In contrast, the offensive role of
venom has retained little attention, even if most of the latter molecules are probably not
selective to vertebrates.
The aim of this study was to investigate and compare the effect of the venom of some
Pachycondyla species, a genus belonging to the Ponerini, a tribe of Ponerinæ, from an
offensive point of view. We tested the venoms of 12 Pachycondyla species on cricket larvae
of equal size and determined whether they shared common or had different traits with respect
to a certain ecological and evolutionary context.
Ants and venoms
Colonies of ants were collected from three different sites (Table 1) and the venoms were
obtained by dissecting the venom reservoirs of workers from each ant species. The free gland
filaments were removed and the entire venom reservoirs connected to the sting were rinsed in
distilled water and stored in polypropylene tubes at –20°C until processed. The venom
– 159 –
reservoirs were disrupted by ultrasonic-waves in a 30% acetonitrile, 0.2% trifluoroacetic acid
solution (10µl/venom reservoir) and the solution was then centrifuged in order to discard
empty reservoirs and membranes. Peptide contents were determined by weighing the dried
residue of the solution.
The length and width of the venom reservoir of 10 to 40 individuals from each species,
except P. rostrata, were measured using a microscope fitted with an ocular micrometer.
These dimensions enabled the calculation of the mean volume of the reservoirs when
assimilated to an ellipsoid. The volume of the reservoirs and the dry weight of venom per
gland also enabled the determination of the venom concentration for each ant species.
Bioassay
To determine the effects of the venoms, graded doses were diluted in an insect
physiological saline buffer (in mM: NaCl 270, KCl 3.2, CaCl2 1.6, MgCl2 10, MOPS 10) and
were injected into 10 ± 0.5mg cricket larvae, Acheta domesticus. Groups of 13–15 individuals
were used for every tested concentration and the animals were briefly cooled on crushed ice to
facilitate injection. Venom solutions (0.5µl per animal) were injected with fine micropipette
capillaries into the dorsal joint membrane between the 7th and 8th abdominal segments.
The larvae were placed in plastic boxes (∅ = 10cm) with food and shelter prior to
scoring paralysis and mortality after 2 and 24h. Controls receiving injections of insect saline
buffer or a dry solution of acetonitrile and trifluoroacetic acid redissolved in a saline buffer
showed no effects.
The lethal dose for 50% of the treated larvae (LD50) and the dose which induced
paralysis in 50% of the tested animals after 2h [ED50 (2h)] were calculated by probit analysis
(Finney, 1962).
The ED50 (24h) value was also determined by the same method and
represented the venom quantity that caused death or paralysis in 50% of the animals 24h after
injection. Animals that were paralysed 24h after injection were scored until their death or
their complete recovery. Dead animals were also scored for their aspect (i.e., presence or
absence of necrosis).
Statistical analysis
Relationships between the lethal and paralysing effects of the venoms were determined
using Pearson’s correlation coefficient (Statistica 5.02 software). This coefficient was also
– 160 –
French Guiana
French Guiana
French Guiana
French Guiana
French Guiana
French Guiana
French Guiana
Brazil
French Guiana
Cameroon
Cameroon
French Guiana
P. apicalis
P. cavinodis
P. constricta
P. sp. cf. crenata
P. goeldii
P. harpax
P. sp. inversa a
P. obscuricornis
P. rostrata
P. senaarensis
P. soror
P. stigma
mostly ground-dwelling
arboreal
ground-dwelling
arboreal
arboreal
ground-dwelling
arboreal
ground-dwelling
ground-dwelling
ground-dwelling
ground-dwelling
ground-dwelling
Nesting habitat
108.3
77.8
58.2
225.9
96
109.5
123.3
82.4
125
94.3
77.8
12.7
Dry weight of venom
per worker (µg)
Concentration
(µg/µl)
264.81
346.73
466.15
426.97
558.11
189.04
384.73
251.23
n. d.
554.28
297.20
484.31
Volume of venom
reservoir (µl)
0.4090 ± 0.1085
0.2244 ± 0.0767
0.1249 ± 0.0248
0.5291 ± 0.1421
0.1720 ± 0.0594
0.5792 ± 0.1464
0.3205 ± 0.1046
0.3280 ± 0.0817
n. d.
0.1701 ± 0.0320
0.2618 ± 0.1364
0.0262 ± 0.0106
– 161 –
Table 1. List of the Pachycondyla species, volume of the venom reservoirs, and quantities and concentrations of venom per worker.
a
see Lucas et al. (1999) for the characterisation of this species from the P. villosa group.
Origin
Species
calculated from measurements of the dry weight of the venom, the volume of the venom
reservoir and venom concentration.
Comparisons of all these latter parameters were also performed between species
according to their nesting habitat (i.e., arboreal versus ground-dwelling species) using the ttest (Statistica 5.02 software).
Results
Venoms and venom reservoirs
The quantity of venom produced by the 12 investigated species reflects the general
differences in the size of their venom reservoirs. The dry weight of the venom varied
considerably among species, from 12.7µg for P. stigma to 225.9µg for P. sp. cf. crenata, with
a mean of 92.3µg. A significant positive correlation existed between dry venom weight and
the volume of the venom reservoir (r = 0.76, p = 0.007) (Table 1). Nevertheless, this was
partially compensated as the venom concentration was also negatively correlated to the
volume of the venom reservoir (r = -0.67, p = 0.025). Thus, the smaller the venom reservoirs
of the ant workers, the more their venom is concentrated. As reservoir size is more or less
related to the size of the workers, there is a trend for small Pachycondyla species to exhibit
more concentrated venom than large ones. Concentrations varied from 189.04µg/µl for P.
harpax to 558.11µg/µl for P. goeldii, with a mean of 384.96µg/µl (Table 1).
Lethal and paralysing properties
There are considerable differences among the venoms of the Pachycondyla species with
respect to their insecticidal properties, although all these ant species belong to the same genus
and are generalist predators. Among the species investigated, the values ranged from 73.7 to
799.2µg/g for ED50 (2h), from 38.7 to 702µg/g for ED50 (24h), and from 74.9 to more than
1000µg/g for LD50 (Table 2).
These extreme variations are not linked to differences
concerning the general effect of the venoms. Indeed, significant positive correlations between
ED50 (2h), ED50 (24h), and LD50 were recorded (ED50 (2h) vs. ED50 (24h): r = 0.76, p = 0.006;
ED50 (2h) vs. LD50: r = 0.79, p = 0.004; ED50 (24h) vs. LD50: r = 0.84, p = 0.001). Then, for
each species, the effect of the venom increased over the course of time. Nevertheless, no
– 162 –
101.6
517
324.7
73.7
139.4
799.2
103.5
262
523.6
412.4
554.6
552.5
ED50 (2h)
[86- 120.2]
[470.7- 567.8]
[282.9- 372.7]
[57.6- 94.2]
[119.2- 163]
[611.5-1044.6]
[80.7- 132.8]
[228.3- 300.8]
[454.6- 603.1]
[350.3- 485.6]
[509.8- 603.5]
[519.4- 587.6]
(µg/g)
[95% CI]
105.3
222.7
131.6
60.1
61.9
196
38.7
211.4
183.4
157.6
308.7
702
[96.2-115.7]
[214.9-230.8]
[118.2-146.4]
[51.9- 69.6]
[54.6- 70.2]
[176.3-217.8]
[36.7- 40.8]
[176.9-252.6]
[164.6-204.4]
[141.4-175.6]
[280.6-339.5]
[644- 765.3]
ED50 (24h)
[95% CI]
(µg/g)
– 163 –
Table 2. Toxicological effects on crickets of injection of venom from Pachycondyla ant species.
P. apicalis
P. cavinodis
P. constricta
P. sp. cf. crenata
P. goeldii
P. harpax
P. sp. inversa
P. obscuricornis
P. rostrata
P. senaarensis
P. soror
P. stigma
Species
210.5
315
265
172.2
160.0
343.7
74.9
270.8
420.4
420.7
440.8
>1000
LD50
[188.1-235.5]
[287.1-345.7]
[224- 313.5]
[148.3-199.8]
[147- 174.1]
[292.3-404.2]
[60.7- 92.6]
[233.8-313.6]
[353.8-499.5]
[405- 437]
[392.6-495]
[95% CI]
(µg/g)
correlation between venom concentration and paralysing or lethal effects could be
highlighted.
Except for injections of high doses of the venoms of P. sp. inversa and P. sp. cf.
crenata, none of the tested animals were dead 2h after injections. Thus, despite the high
range of paralysing and lethal effects, both the toxicological effects of the venom and their
evolution over the course of time were very similar. Completely paralysed individuals (i.e.,
that were unable to right themselves after being placed on their backs, but for which
movements of appendices or mouthparts were discernible) 24h after injection always died in
less than 3 days.
All the venoms caused a rapid paralysis of the crickets just after injection.
This
paralysis was limited to the first minutes after the injection and then a partial recovery might
occur, except after injections of high doses. A second paralysis period might then follow and
lead to a complete or partial (of the hindlegs) paralysis at the most 2h after injection. As
mentioned above, this paralysis is irreversible when complete and total recovery was only
possible for crickets that were only partially paralysed.
For individuals still paralysed after 24h, death was never associated with signs of
necrosis near the point of injection nor elsewhere. However, necrosis (complete or local)
often occurred in crickets dead 24h after injection, with a variation between the venoms of the
different ant species. The beginning of necrosis was very rapid and discernible in some cases
(for the highest tested doses) near the injection point after 2h. Except for P. stigma, the
venom of all the other species induced necrosis, whose importance increased with the
concentration of the injected solution.
Comparison between arboreal and ground-dwelling species
Among the 12 investigated species, four Neotropical species are arboreal (Table 1). No
relationship between nesting habitat (ground-dwelling versus arboreal) and venom
concentration, dry weight of venom per worker or the volume of venom reservoir could be
highlighted.
However, if no differences between ground-dwelling and arboreal species appeared
concerning the effective doses, ED50 (2h) and ED50 (24h) (t-test, p = 0.1 and 0.17
respectively), the LD50 was significantly lower for arboreal species (mean ± SD: 180.5 ±
99.6µg/g for arboreal species; 338.8 ± 91.6µg/g for ground-dwelling; t-test: p = 0.025).
Moreover, three of the four arboreal species were almost always the first ranking species for
– 164 –
the three toxicological parameters calculated (Table 2). Only P. cavinodis did not possess a
highly potent venom compared to the ground-dwelling species. Although strictly arboreal,
this species differs from the three other arboreal Pachycondyla by its defensive behaviour;
workers of P. cavinodis are not aggressive, and when disturbed they try to hide or escape
(pers. obs.). After the elimination of this species, paralysis after 2h [ED50 (2h)] and the
lethality of the venoms of arboreal species appeared to be significantly different from those of
ground-dwelling species (t-test, p = 0.03 and p = 0.008, respectively), but no differences
existed concerning the ED50 (24h) parameter (t-test, p = 0.12).
Discussion
The paralysing and lethal effects of the venoms of the Pachycondyla species are
remarkably different.
This high range of variation seems surprising given the close
phylogenetic relatedness of the species, even if a recent revision of the tribe Ponerini resulted
in the synonymy of several genera under Pachycondyla (see Bolton, 1994).
Moreover,
previous studies correlated the lethal effects of Hymenoptera venom at the generic level
(Schmidt et al., 1980; Schmidt, 1995), although this correlation did not appear when the
enzymology of these venoms was considered (Schmidt et al., 1986).
All the species investigated in this study are generalist predators, with P. senaarensis
being both predatory and granivorous and all the arboreal species plus P. apicalis and P.
obscuricornis also exploiting extrafloral nectar (Dejean & Corbara, 1990a; Dejean &
Lachaud, 1994; Fresneau, 1994; Dejean et al., 1999f; Orivel et al., 2000). Nevertheless, in all
cases prey constitute the major food source of the colonies with venom mainly playing an
offensive role in their capture. As these species are polyphagous, foraging workers may
capture almost every insect prey encountered and thus they must have a venom that enables
the immobilisation of these prey. Their venoms might not have evolved in response to a
particular selection of prey, unlike those of oligophagous species, which are specialised in
particular prey taxa or food sources. Indeed, the venom of the harvester ant, Pogonomyrmex
badius, is highly toxic to vertebrates, their principal predators and only moderately toxic to
insects (Schmidt & Blum, 1978b, 1978c).
However, these venoms have the same type of physiological action, although used for
different purposes. When injected, the venom causes (1) a rapid paralysis of the prey during
the first minutes after injection which is dose-dependent and reversible; (2) a second slow-
– 165 –
acting paralysis which is permanent (without possible recovery) when complete; and (3) death
in less than 4 days. These same kinds of pharmacological effects among all investigated
species suggest the existence of similar toxins. The different effects observed over the course
of time suggest that Pachycondyla venom contains several active peptides. Both neurotoxic
and histolytic compounds can be predicted from the paralytic effect and the rapid necrosis
observed after the injection of these venoms. Note also that the two phases of paralysis
certainly involve different classes of neurotoxins. Further biochemical investigations on the
nature of the effect of the insecticidal compounds on some of these species are therefore
necessary.
The symptoms developed by the prey after venom injection corroborate previous
observations on ponerine and cerapachyne ants that the main offensive effect of their venom
is the paralysis rather than death of prey (Maschwitz et al., 1979; Hölldobler, 1982; Schmidt,
1986). This pharmacological action is considered to be left over from their solitary wasp
ancestors, and neurotoxic kinins have been found in solitary and social wasps as well as in
ponerine ants (Piek, 1992, 1993).
Because venoms have evolved in response to selection pressure (Schmidt, 1982), one
might hypothesise that there are variations in the composition of the venom of arboreal and
ground-dwelling ant species, considering the structural differences between ground and
arboreal environments (Richards, 1983).
Indeed, ants foraging in the vegetation may
definitively lose prey that succeed in escaping, whereas ground-dwelling foragers may pursue
and recapture prey. As the prey capture behaviour of arboreal Pachycondyla did not show
particular adaptations in the behavioural sequences (except for the swiftness of P. goeldii
foragers), the effects of the venom may differ between these two groups (Dejean & Corbara,
1990b; Orivel et al., 2000). However and surprisingly, only the lethality appeared to be
different between ground-dwelling and arboreal species. Paralysis parameters (ED50 (2h) and
ED50 (24h)) were not significantly different because of P. cavinodis, whose venom has little
effect. Indeed, after the elimination of this species from the group of arboreal species, both
paralysis after 2h and lethality were significantly different. Therefore, arboreal ants' venoms
differ from ground-dwelling species by their higher potency. Their rather fast-acting effect
suggests differences in neurotoxins. The higher potency of these neurotoxic peptides may
also explain the differences observed in lethalities, as complete paralysis always led to death.
Such a tendency has already been demonstrated in spiders, and may be considered as an
adaptation to the habitat (Friedel & Nentwig, 1989; Nentwig et al., 1992).
– 166 –
Within Ponerinæ, the genus Pachycondyla contains a large proportion of rare arboreal
species. Arboreal nesting is considered to be a derived trait as originally these ants were
terrestrial (Malyshev, 1968; Beattie, 1985; Peeters, 1997). With respect to the evolution of
Ponerinæ, the chemical adaptation of venom to the arboreal environment, as well as
behavioural and ecological aspects of their relationships with plants, demonstrate that species
of this "primitive" subfamily have achieved the same degree of adaptation as have more
derived ant species (Dejean, 1990a; Corbara & Dejean, 1996; Yu & Davidson, 1997; Orivel &
Dejean, 1999b).
Acknowledgements
We are grateful to V. Redeker, J. P. Le Caer and J. Rossier (ESPCI, Paris) for their
advice on the chemistry of venom, to A. Le Négrate for his help in probit analysis, to D.
Fresneau for his gift of some ant specimens, and to Andrea Dejean for English corrections on
the manuscript. Ants were identified by J. H. C. Delabie (CEPEC, CEPLEC, Itabuna, Bahia,
Brazil).
– 167 –
ARTICLE 9
– 168 –
— Article 9 : Rôle antibactérien des peptides du venin de Pachycondyla goeldii —
Article 9 : Antibacterial peptides from the venom of the ant
Journal of Biological Chemistry (en préparation)
Jérôme ORIVEL (1), Virginie REDEKER (2), Jean Pierre LE CAER (2), François
KRIER (3), Anne Marie REVOL (3), Arlette LONGEON (4), Alain DEJEAN (5), and Jean
ROSSIER (2)
(1)
Laboratoire d’Éthologie Expérimentale et Comparée, ESA CNRS 7025, Université
Paris 13, avenue JB Clément, 93430 Villetaneuse, France.
(2)
Laboratoire de Biologie, UMR CNRS 7637, École Supérieure de Physique et de
Chimie Industrielles de la ville de Paris, 10 rue Vauquelin, 75005 Paris, France.
(3)
Laboratoire de Fermentations et de Bioconversions Industrielles, École Nationale
Supérieure d'Agronomie et des Industries Alimentaires, Institut National
Polytechnique de Lorraine, 2 avenue de la Forêt de Haye, BP 172, 54505
Vandoeuvre-lès-Nancy, France.
(4)
Laboratoire de Chimie des Substances Naturelles, ESA CNRS 8041, Museum
National d'Histoire Naturelle, 63 rue Buffon, 75005 Paris, France.
(5)
Laboratoire d’Écologie Terrestre, UMR CNRS 5552, Université Toulouse III, 118
route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex, France.
Abstract
To examine some of the possible biological activities of ant venom, we investigated the
antimicrobial, insecticidal and hemolytic properties of the venom of the predatory ant
Pachycondyla goeldii.
Fifteen novel peptides exhibiting antibacterial and insecticidal
properties were purified and their amino-acid sequences characterized. According to their
primary structures, they can be classified into three families: Pg I, Pg II and Pg III. Pg I
corresponds to the first cecropin-like peptides that were isolated from non-dipterous or
lepidopterous insects. Pg II shares a high sequence homology with gaegurins and melittin,
– 169 –
isolated from frog skin and honeybee venom, respectively. Finally, Pg III shares significant
homologies with dermaseptins isolated from frog skin. Ten of the isolated peptides were
synthesized for further analysis. Interestingly, within each of the three families, several
peptides share a high sequence homology but have different biological activities. This can be
used for a study of the relationships between sequence and function. An estimation of the
peptide concentration in the venom suggests that it is sufficient to exhibit an important
antibacterial activity. It is thus possible that, in the ant colony, the peptides play a defensive
role against microbial pathogens arising from prey introduction and/or ingestion.
Introduction
In both plant and animals, antimicrobial peptides are key components of the immune
defensive systems (Andreu & Rivas, 1998). More than half of the antimicrobial peptides have
been characterized to date in arthropods and especially insects. Upon infection, insects
synthesize a number of inducible peptides that are released in the hemolymph and constitute
the individual's immune defense.
In addition to this mechanism and among social insects, antimicrobial defense also
revealed a number of mechanisms of disease control. Indeed, the high population density of
social insects colonies combined with the close genetic relationship of the individuals greatly
favor the spread of microbial pathogens. Moreover, their nesting environments are also
conducive to the proliferation of many bacteria and fungi. For example, bee propolis and
royal jelly present antimicrobial properties (Fujiwara et al., 1990; Fernandes et al., 1996), and
the fecal pellets of termites inhibit the development of fungal pathogens (Rosengaus et al.,
1998). Within ants, most species possess metapleural glands on the thorax whose secretions,
spread over the ants and throughout the nest, have a broad spectrum of antimicrobial action
(Maschwitz et al., 1970; Hölldobler & Engel-Siegel, 1984; Veal et al., 1992; Mackintosh et
al., 1995). Fungus-growing ants carry also upon their cuticle a filamentous bacterium that
produces antibiotics specifically targeted to suppress the growth of a specialized parasite of
the fungus garden (Currie et al., 1999).
However, if all these defensive systems prevent the development of disease within
colonies, the introduction of pathogens may also arise from alimentation. Indeed, predatory
species capture almost every encountered prey and these prey are brought back to the nest
immediately after immobilization. Consequently, prey infected by microbial pathogens may
– 170 –
have harmful consequences for colony survival. As prey capture is generally aided by venom,
we decided to investigate the possible role of the venom of a predatory ant species in the
prevention of microbial disease. The antibacterial property of ant venom has only been
demonstrated in the fire ant, Solenopsis invicta, in whose venom alkaloids inhibit the growth
of both Gram-positive and Gram-negative bacteria and presumably act as a brood antibiotic
(Jouvenaz et al., 1972; Schmidt, 1986). Venoms of the wasp, Vespa crabro, honey bees, and
various snakes also contain antimicrobial peptides but their functions have not been
investigated (Juvvadi et al., 1996; Krishnakumari & Nagaraj, 1997; Oren & Shai, 1997;
Blaylock, 1999). Finally, lycotoxins isolated from spider venom are the only antimicrobial
peptides in venom for which a preventive role against infections arising from prey ingestion
has been demonstrated (Yan & Adams, 1998).
Ant venoms are extremely diverse by the nature and function of their compounds,
although venom chemistry may be useful for chemosystematic analyses, at least at the
subfamily level (Hefetz, 1993). However, despite this diversification of compounds, only
three major functions can be defined for ant venom: defense against predators, prey capture
(offensive), and social communication (Schmidt, 1986). Among ants, predators sensus stricto
are over-represented within the subfamily Ponerinae. These species capture prey using their
venom that has then rather an offensive role and contains peptides (and proteins) (Blum &
Hermann, 1978b; Schmidt, 1986; Hölldobler & Wilson, 1990).
We report here on the antimicrobial, insecticidal and hemolytic properties of the venom
of the arboreal ponerine ant, Pachycondyla goeldii, and on the identification of the peptides
responsible for them. In total, fifteen novel peptides were purified and fully characterized at
the level of their primary structures by amino acid sequencing and mass spectrometry
(MALDI-TOF-MS) analyses. According to their amino-acid sequences, we have classified
these peptides in three families named Pg I, Pg II and Pg III. Ten of the isolated peptides
from the three families were synthesized and we performed detailed analyses of their
antimicrobial, hemolytic, and insecticidal actions. The biological roles of the peptides and
their relationships with known antimicrobial peptides were also investigated. Pg I family
shares important sequence similarity with cecropins, Pg II with gaegurins and melittin, and Pg
III with dermaseptins.
– 171 –
Ants and venom
Colonies of Pachycondyla goeldii (Hymenoptera, Formicidae, Ponerinae) were
collected in Petit Saut, French Guiana and crude venom was obtained by dissecting the venom
reservoirs of ant workers.
The free gland filaments were removed and whole venom
reservoirs connected to the sting were rinsed in distilled water and stored in polypropylene
tubes at –20°C until processed. The venom reservoirs were disrupted by ultrasonic-waves in
a 30% acetonitrile, 0.2% trifluoroacetic acid solution (10µl/venom reservoir) and the solution
was then centrifuged in order to discard empty reservoirs and membranes.
HPLC Purification
Whole venom was injected into a C18 reversed-phase column (5µm particle size,
220mm x 2.1mm column, Vydac). Reversed-phase HPLC separations were performed at a
flow rate of 200µl/min. Peptide elution was monitored at 214nm. Fractions corresponding to
absorbance peaks were hand collected, vacuum-dried, and tested for biological activity as
described below.
Step1 – The separation of the venom into four fractions was performed with a gradient
consisting of 2 to 10% solvent B (80% acetonitrile in 0.1% trifluoroacetic acid) for 1min and
10 to 80% solvent B for 60min (8-64% linear gradient of 0.93% acetonitrile/min). Solvent A
was 0.1% aqueous trifluoroacetic acid.
Step 2 – The fraction showing antibacterial activity was further purified on the same
reverse-phase column with a gradient of 2 to 10% solvent B for 1min, 10 to 25% for 10min,
and 25 to 55% for 75min (20-44 % linear gradient of 0.32% acetonitrile/min).
Mass measurement by MALDI-TOF
Instrumentation – Mass spectra of positive ions were recorded in the reflectron mode
with a single-stage reflectron MALDI-TOF (Matrix-assisted laser desorption ionization timeof-flight) mass spectrometer (Voyager Elite, PerSeptive Biosystems, Inc., Framingham, MA)
equipped with a delayed extraction device. The delayed extraction time was set at 100ns.
Desorption was produced by a nitrogen laser beam (λ=337nm, 3ns-wide pulse at 20Hz). A
saturated solution of 2.5-Dihydroxybenzoic acid in 0.1% aqueous trifluoroacetic acid was the
matrix used for all MALDI experiments. One volume (0.5 or 1µl) of purified peptides or
– 172 –
enzymatically-derived peptide fragments was added to one volume (0.5 or 1µl) of the matrix.
An external calibration was performed with a mixture of Angiotensin I, Neurotensin, ACTH
(clip 18-39), and ACTH (clip 7-38) with a monoisotopic mass to charge (m/z) ratios for
monoprotonated ions of 1296.685, 1672.917, 2465.189, and 3657.93, respectively.
Sequencing
Microsequence analysis – Peptides were sequenced by automated Edman degradation
using a Procise pulse-liquid protein sequencer (model 794, Perkin-Elmer Applied Biosystems
Division, Foster City, CA).
Carboxypeptidase Y digestion – About 30 to 60pmoles of peptide were dried and
solubilized in 10µl of 0.1M ammonium acetate buffer pH 5.5. Carboxy-terminal digestion
was performed by the addition of 1µl carboxypeptidase Y sequencing grade (40ng/µl from
Boehringer Mannheim) and incubation at 37°C. Three different enzyme-to-peptide ratios
were used for the carboxy-terminal digestion kinetic: the carboxypeptidase Y solution was
used pure and in a 1/10 and 1/100 dilution. Digestion was arrested at different stages (0.5, 1,
2, 5, 15, 30, and 60min) by the addition of 0.3µl of 2.5% trifluoroacetic acid to 1µl of the
digestion mixture.
Mass spectrometric analysis was performed by mixing 0.5µl of this
peptide solution with 0.5µl of the matrix.
Peptide synthesis
To investigate the antibacterial, hemolytic and insecticidal activities of the venom's
peptidic compounds, 10mg of the following 10 peptides were synthesized by Synt:em, Nimes,
France: Pg I1, Pg I3, Pg I4, Pg I6, Pg II1, Pg II3, Pg II4, Pg II5, Pg II6 and, Pg III2. All the
synthetic peptides were identical to the natural peptides (sequences), except Pg II3 which
lacked one of the four lysine residues at the C-terminal region. However, this probably did
not affect its activity since results very comparable to those of natural peptides and of the
other peptides of the Pg II family were obtained.
Antibacterial assays
Step 1 – Crude venom and an aliquot of each reversed-phase purified fraction (see
above) were tested for their antibacterial activity against two microbial strains: Escherichia
(E.) coli RL65 (Gram-negative strain) and Staphylococcus (Sta.) aureus 209P (Gram-positive
strain). The cultures were grown in Mueller-Hinton broth (Sanofi Diagnostics, Pasteur), and
– 173 –
the detection of inhibitory activity was performed by the agar-well diffusion method. Wells
6mm in diameter were cut into the agar and filled with 10µl of the sample solution to be
tested for inhibitory activity. These plates were incubated 24h at 37°C, and then examined for
the inhibition of the bacterial lawn; inhibition zone diameters were measured by subtracting
the well diameter.
Step 2 – Synthetic peptides were tested against a wide range of microbial strains: Gramnegative and Gram-positive strains, the yeast and fungi used are given in Table 1. Among the
strains used, some were obtained from public collection (ATCC, CIP) and some were part of
our own laboratory’s collection (LMA). All cultures were stored at –20°C and always
propagated twice, in broth media, before experimental use.
Pseudomonas (Ps.),
Flavobacterium (F.) meningosepticum, Alcaligenes (A.) faecalis, Enterobacter (Enterob.)
cloacae, E. coli, Klebsiella (K.) pneumoniae, Proteus (Pr.) mirabilis, Salmonella (Sa.)
enterica, Serratia (Se.) marcescens, and Yersinia (Y.) entericolitica strains were grown in
nutrient broth (Biokar Diagnostics, Beauvais, France); Lactococcus (Lc.) lactis ssp. cremoris,
Streptococcus (Str.), Listeria (L.) and Staphylococcus (Sta.) strains in Trypcase-Soy broth
(BioMérieux, Craponne, France) supplemented with a 0.6% yeast extract (Biokar) (TSB-YE);
Bacillus (B.) and Micrococcus (M.) luteus strains in modified IP medium (Pasteur production)
containing (g/l): peptone, 6; tryptone USP, 4; yeast extract, 3; meat extract, 1.5; glucose, 1.
The transfer innoculum was 1% for all cultures, and the incubation temperature was either
30°C or 37°C depending on the strain.
The detection of inhibitory activity was performed by the agar-well diffusion method,
with several indicator strains. A 12ml sample of nutrient broth containing 1.2% agar
(bacteriological agar, Biokar) and supplemented with 1ml/l Tween 80 (Merck, Darmstadt,
Germany) was inoculated with a fresh overnight culture of the indicator strain (absorbance at
660nm = 0.01) and poured into Petri dishes. Wells 5mm in diameter were cut into the agar
and filled with 20µl of the sample solution to be tested for inhibitory activity. These plates
were placed overnight at 4°C to allow the diffusion of the inhibitory agent and incubated 24h
at 30 or 37°C, depending on the indicator strain. These plates were then examined for the
inhibition of the bacterial lawn; inhibition zone diameters were measured by subtracting the
well diameter.
The minimal inhibitory concentration (MIC) of the peptides (Pg I1, I6, II1, II3, and III2)
was determined by liquid and plate growth inhibition assay on the following bacterial strains:
E. coli L-, K. pneumoniae CIP 8291, Lc. lactis ssp. cremoris I 116, L. ivanovii LMA 94, Ps.
putida LMA, Sa. enterica CIP 813 and Sta. aureus CIP 677.
– 174 –
The MICs of indicator
organisms in the plate growth inhibition assay were determined by a critical dilution assay.
Twofold-diluted sample solutions were prepared in a 5mM phosphate buffer (pH 6.5) from an
initial sample concentration of 64µM and wells 5mm in diameter were filled with 20µl of
each dilution as described for the detection of inhibitory activities. In the liquid growth
inhibition assay, 270µl of a midlogarithmic phase culture of bacteria at a starting A620nm =
0.001 were added to 30µl of peptides. Microbial growth was assessed in microtiter plates by
an increase in A620nm after incubation (24h, 30°C or 37°C). The concentrations tested for each
peptide were in the range of 0.125-64µM. The MIC values are expressed as intervals between
the highest concentration at which bacteria grow and the lowest concentration that causes
100% of growth inhibition (Casteels et al., 1993).
Hemolytic assays
A 12ml sample of blood agar medium (in g/l: yeast extract 3, tryptose 10, NaCl 5, agar
15) was supplemented with 1ml of sheep or horse erythrocytes and poured into Petri dishes.
Wells 5mm in diameter were cut into the agar and filled with 20µl of the sample solution to
be tested for hemolytic activity. These plates were then placed overnight at 4°C to allow the
diffusion of the hemolytic agent and incubated during 24h at room temperature. The plates
were then examined for the presence of a complete (clear) hemolysis zone and lysis zone
diameters were measured by subtracting the well diameter.
Insecticidal Assays
Given quantities of each synthetic peptide or a mixture of 5µg of each of the ten
peptides were solubilized in an insect physiological saline buffer (in g/l: NaCl, 15.78; KCl,
0.24; CaCl2, 0.236; MgCl2, 2.032; MOPS, 2.092). These peptide solutions were injected into
cricket larvae, Acheta domesticus (weight = 10 ± 0.5mg), or into P. goeldii workers (mean
weight = 8.93mg). Groups of 10–15 crickets or ants were used for every tested concentration
and the animals were briefly cooled on crushed ice to facilitate injection. Venom solutions
(0.5µl per animal) were injected with fine micropipettes capillaries into the dorsal joint
membrane between the 7th and 8th abdominal segments of the crickets or between the 1st and
2nd gastric segments of the ant workers. Cricket larvae or ant workers were placed into plastic
boxes (∅ = 10cm) with food and shelter prior to scoring mortality after 24h. Controls
receiving injections of an insect saline buffer or a dried solution of acetonitrile and
trifluoroacetic acid redissolved in a saline buffer showed no effect.
– 175 –
The lethal dose
A
C
B
D
a
60
0.6
% Acetonitrile
Absorbance at 215nm
1.0
0.2
0
Absorbance at 215nm
0.6
20
Pg I2
Pg I3
b
30
Time (min)
Pg I4
40
50
Pg II2
Pg II3
Pg I5
Pg II5
Pg II6
0.4
Pg II1
Pg II4
45
Pg III1
0.2
% Acetonitrile
10
Pg III2
Pg I6
Pg I7
Pg I1
0
35
45
55
Time (min)
65
75
Figure 1. a Reversed-phase HPLC of the venom of P. goeldii. Of the four fractions, only
fraction C was active against Sta. aureus and E. coli and was further analysed.
b Reversed-phase HPLC of fraction C of the venom. Twelve of the collected
peaks (indicated by the names of the peptides) were active against Sta. aureus
and E. coli.
The venom peptides were separated on a Vydac C18 column with a linear gradient
of acetonitrile in 0.1% trifluoroacetic acid (dashed line). Absorbance was
monitored at 215nm (solid line).
– 176 –
corresponding to the mortality of 50% of the treated larvae (LD50) was calculated by probit
analysis (Finney, 1962).
Quantification of peptides in the venom gland
The amount of peptide in a venom reservoir was determined using the area of the HPLC
fractions. The peak area corresponding to each natural peptide separated in fraction C was
compared to the peak area of a known amount of synthetic peptide (from to 5 to 20µg). The
mean volume of the venom reservoir, 0.172µl (calculated by assimilating the reservoir to an
ellipsoid) also enabled the calculation of the concentration of each peptide in the venom of an
ant worker.
Results
Isolation of antibacterial peptides from the venom of P. goeldii
An antibacterial assay of the crude venom of P. goeldii showed strong action against
both Gram-positive (Sta. aureus 209P) and Gram-negative (E. coli RL65) bacterial strains at a
30µg/µl concentration.
In order to localize the active fraction(s), the venom was then
separated into four fractions on a reversed-phase HPLC (Fig. 1a). Only one of these fractions
(fraction C eluting between 36 and 47% acetonitrile) showed an antibacterial action against
the two previous strains. Further purification of the peptides eluting in fraction C and an
antibacterial assay against the same bacterial strains demonstrated that 12 of the collected
peaks acted against Gram-positive bacteria or against both Gram-positive and Gram-negative
strains (Fig. 1b).
Purification and primary structure determination of the antibacterial peptides
The active peptides present in fraction C were analysed by MALDI-TOF-MS and most
of them were sequenced by Edman degradation. Nine out of the 12 peaks corresponded to
pure compounds as judged by the single molecular mass obtained for each of them by
MALDI-TOF-MS (data not shown). The three remaining peaks corresponded to mixtures of
two peptides present at two different concentrations. In these cases, the Edman degradation
yielded two peptide sequences for which the calculated molecular mass was in complete
harmony with the mass measurements.
– 177 –
calculated
3212.76
3306.88
3381.86
3163.68
3107.79
1819.18
1876.20
2709.70
2709.69
2863.78
2851.67
2599.58
2030.24
2595.62
2577.66
measured
3212.87
3306.56
3383.61
3163.87
3108.11
1818.15
1876.14
2709.75
2709.75
2863.94
2851.81
2599.67
2029.40
2594.70
2576.67
Pg I1
Pg I2
Pg I3
Pg I4
Pg I5
Pg I6
Pg I7
Pg II1
Pg II2
Pg II3
Pg II4
Pg II5
Pg II6
Pg III1
Pg III2
*
*
*
*
CPY
digestion
I
I
F
F
W
W
W
F
L
L
L
W
W
W
W
W
I
K
K
K
K
K
V
V
L
L
-
D
D
D
D
D
D
D
G
G
G
G
G
G
W
W
W
W
W
V
V
S
S
T
T
T
A
L
L
M
V
L
L
A
A
L
A
A
A
K
K
N
K
K
G
G
L
L
A
L
L
L
K
K
K
T
I
K
K
I
-
A
G
G
A
A
V
V
10
K
K
K
K
K
-
10
G
K
K
G
G
G
G
10
I
I
I
W
G
G
G
E
E
E
G
G
G
G
G
G
G
A
I
W
W
W
W
W
L
L
A
A
I
V
A
A
L
L
L
L
L
I
I
K
K
K
K
K
S
K
K
K
K
K
K
K
L
L
A
L
L
A
K
A
K
K
K
K
K
L
L
V
L
I
I
K
K
K
K
K
L
L
P
P
P
P
P
P
G
G
G
G
G
L
L
S
S
R
K
S
A
P
P
P
P
P
P
P
V
V
V
L
V
I
N
NH2
G
G
G
G
G
20
V
V
I
V
V
V
20
M
I
I
I
I
20
G
G
S
G
G
K
A
V
M
L
L
L
L
M
M
L
L
K
K
K
K
K
F
F
L
A
F
F
A
A
A
A
A
24
K
Q
K
Q
K
A
A
A
A
A
L L K E L W T K M K G A G K A V L G K I K G L L
L L K E L W T K I K G A G K A V L G K I K G L L
1
G
G
-
1
G
G
G
D
G
G
G
1
NH2
NH2
NH2
K
K
K
T
K
L
L
L
-
K
K
K
K
K
K
Q
K
M
M
K
K
K
K
K
A
A
A
A
A
Q
K
Q
Q
Q
28
A
A
A
A
A
A
A
M
T
T
T
T
30
Q
Q
Q
Q
– 178 –
Figure 2. Amino acid sequences and molecular masses of the antibacterial peptides isolated from the venom of P. goeldii.
Gaps were introduced to optimize the alignments. Identical residues and conservative replacements are marked. Indicated molecular
masses correspond to the masses of the protonated peptides as they were determined experimentally and calculated after the complete
characterization of their sequence. Peptides for which digestion with carboxypeptidase Y (CPY) was necessary to determine the last
residue are indicated.
MH+
MH+
In total, 15 peptides were fully characterized at the level of their amino acid sequence
using the Edman degradation, MALDI-TOF-MS, and carboxypeptidase Y digestions when
the sequences determined by Edman degradation were not complete.
For one of these
peptides (Pg I6), the molecular mass determination clearly indicated the presence of a Cterminal amidated proline. For four of the other peptides, the amidation of the C-terminal
amino acid was confirmed by carboxypeptidase Y digestion and molecular mass
determination (Fig. 2).
The 15 peptides isolated from the active fraction of the venom can be classified into
three families according to their primary structures (Fig. 2). Within each family, the peptides
share a great percentage of sequence similarity with each other (up to 87, 92 or 96% for Pg I,
II or III, respectively). All of them are new sequences not recorded in databases, although
they present some homologies with already known antibacterial peptides isolated from insects
or frog skin. In order to further investigate their antibacterial spectrum and insecticidal
activity, ten of these 15 peptides were synthesized: Pg I1, Pg I3, Pg I4, Pg I6, Pg II1, Pg II3,
Pg II4, Pg II5, Pg II6 and, Pg III2. We selected representative molecules from each family.
The other five peptides were eliminated because they shared a high sequence homology with
other members of their family.
Activity spectrum of synthetic peptides against various microbial strains
Whole venom was active against all the tested microbial strains, except the two fungi
(Table 1). Among the 31 bacterial strains, the most sensitive Gram-positive bacteria were B.
stearothermophilus, B. subtilis, B. megaterium and Lc. lactis ssp. cremoris and, concerning
Gram-negative bacteria Ps. aeruginosa was the most sensitive.
The 10 synthetic peptides exhibited four types of antibacterial action spectra at a
concentration of 0.4-0.5mM. Peptides can thus be classified into four groups depending on
their biological action. Pg I1 and Pg I3 represent the first group of peptides. They exhibited
an action highly comparable to crude venom and were active against all the tested bacteria
and the yeast. The second group corresponds to peptides Pg II1, Pg II3, Pg II4, Pg II5 and Pg
III2. For this second group, the results of the growth inhibition assay against Gram-positive
bacteria were also comparable to crude venom, but at the tested concentration these peptides
were less active against most of the Gram-negative bacterial strains. Within this group, Pg
III2 was the only one that did not affect the yeast, S. cerevisiae. The third group of peptides
(Pg I6 and Pg II6) was active against most of the Gram-positive strains, but inactive against
– 179 –
Microorganisms
Whole
venom
Pg
I1
Pg
I3
Pg
I4
Pg
I6
Pg
II1
Pg
II3
Pg
II4
Pg
II5
Pg
II6
Pg
III2
Gram-positive bacteria
B. cereus CIP 6624
B. megaterium ATCC 9885
B. stearothermophilus CIP 675
B. subtilis ATCC 6623
B. thuringiensis CIP 53137
Ent. faecalis CIP 636
Lc. lactis ssp. cremoris I116
L. ivanovii LMA 94
L. monocytogenes ATCC 15313
M. luteus CIP 5345
Sta. aureus CIP 677
Sta. aureus CIP 7625
Sta. aureus LMA
Sta. aureus LMA TP
Sta. epidermidis CIP 53134
Str. pyogenes CIP 561
Str. sanguinis CIP 55128
9.5
16
26
16
9
7
16
12
9.5
13
10.5
8
15
10.5
13
12.5
9
7.5
10.5
15
10.5
6.5
7
16.5
11
9.5
8.5
11.5
11.5
14
11
14
14.5
8.5
6.5
10
16
11.5
5.5
4.5
14
9
7
8.5
7.5
7.5
11
8
11.5
12
7
6
15
23
10.5
NDa
ND
9.5
ND
ND
3.5
ND
ND
ND
ND
ND
6
2
11
18.5
30
20
11
ND
16
ND
12
9.5
ND
ND
10
ND
8
10.5
4
10
12.5
17
12
9
6
15
11.5
9.5
11.5
10
9.5
13.5
4
13.5
10
7.5
10
13.5
17
13
9.5
8
17.5
14
11
11
13
9.5
18
5
15
11.5
10
8.5
13.5
18
13
8
3
14
10
10
12.5
11.5
9.5
13.5
4
11.5
8
7
7
12
17
13
6.5
3
11
8
6.5
11
7.5
7
9
2
7.5
6.5
4.5
9.5
17
18
15
7.5
3
11
5
4
11
7
4.5
10
ND
7
9.5
4
6.5
14
21
13.5
5.5
4
15.5
9.5
9.5
10.5
4.5
6
11
4
11.5
12.5
6
Gram-negative bacteria
A. faecalis CIP 6723
E. coli CIP 548
E. coli LE. coli TP
Enterob. cloacae CIP 6085
F. meningosepticum CIP 6057
K. pneumoniae CIP 8291
Pr. mirabilis LMA TP
Ps. aeruginosa CIP A22
Ps. fluorescens CIP 6913
Ps. putida LMA
Sa. enterica CIP 813
Se. marcescens LMA TP
Y. entericolitica CIP 6529
6
9.5
10
11
9
6
13
5
17
11.5
8.5
9
4
7
6.5
9
9.5
11
10.5
5
12
8
14
8.5
8.5
9.5
5
9
4.5
8
9
9.5
8.5
3.5
12.5
8.5
13
9.5
7
6.5
6
6.5
ND
ND
ND
ND
ND
ND
2
ND
9
5
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
5
ND
15.5
ND
ND
ND
18
ND
4
5
8
6
3
6
6.5
ND
16
7
3.5
3
ND
ND
5
7
10
8
4
ND
7.5
ND
18.5
9
5
4
11
ND
5
6
8.5
7
16.5
ND
9
ND
17
9
3.5
5
13
ND
ND
2
3
1.5
11
5
6.5
ND
14
4
ND
ND
11
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
14
ND
ND
ND
13
ND
ND
4
5
4
3.5
7
9
3
14
5
ND
1.5
9
ND
Yeast
S. cerevisiae
4
2
2.5
4
3
4
3
3
3
ND
ND
Fungi
Asp. niger
Bo. cinerea
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
Erythrocytes
Horse
Sheep
6
3
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
ND
2
1
1
ND
2
ND
4
1.5
3
1
ND
ND
Table 1. Antimicrobial and hemolytic action spectra of the ten synthetic peptides from P.
goeldii venom. For each peptide, the tested concentration was 0.4-0.5mM, and the
values correspond to the diameters (in mm) of the zone of inhibition.
ATCC, American Type Culture Collection, Rockville, Maryland, USA
LMA, Laboratoire de Microbiologie Alimentaire, ENSAIA-INPL, Nancy, France
CIP, Collection de l’Institut Pasteur, Paris, France
a
ND, not detected at the tested dilution.
– 180 –
4-8
8-16
8-16
ND
2-4
1-2
2-4
2-4
16-32
8-16
2-4
<0.125
Pg II3 Pg III2
8-16
4-8
8-16
16-32
0.5-1
2-4
4-8
Pg I1
MIC (µM)
ND
ND
ND
ND
16-32
ND
ND
Pg I6
ND
32-64
ND
ND
2-4
4-8
4-8
Pg II1
ND
ND
ND
ND
2-4
4-8
4-8
32-64
16-32
ND
ND
1-2
2-4
16-32
Pg II3 Pg III2
Plate growth inhibition assay
– 181 –
Table 2. Antibacterial action of Pg I1, Pg I6, Pg II1, Pg II3 and, Pg III2. The minimal inhibitory concentrations (MIC) are expressed as the
interval between the highest concentration tested at which the bacteria are growing and the lowest that caused 100% growth inhibition.
a
ND, no action was detected at the highest concentration tested (64 µM)
4-8
4-8
4-8
32-64
8-16
16-32
ND
ND
Gram-negative bacteria
E. coli LK. pneumoniae CIP 8291
Ps. putida LMA
Sa. enterica CIP 813
2-4
2-4
1-2
4-8
2-4
NDa
Pg II1
<0.125
Pg I6
1-2
Pg I1
Liquid growth inhibition assay
Gram-positive bacteria
Lc. lactis ssp. cremoris I 116 <0.125
L. ivanovii LMA 94
Sta. aureus CIP 677
16-32
Microorganisms
the Gram-negative, with the exception of Ps. aeruginosa and Se. marcescens. K. pneumoniae
and the yeast, S. cerevisiae, were also affected by Pg I6. Finally, Pg I4 did not effect most of
the tested strains, except the Bacillus, Streptococcus, Ps. fluorescens, K. pneumoniae, the
yeast S. cerevisiae and, the two most sensitive strains Lc. lactis ssp. cremoris and Ps.
aeruginosa. It should be noted that all of the peptides from the four groups were inactive
against the two fungal strains as observed for crude venom.
From the previous results, we selected five synthetic peptides (Pg I1, Pg I6, Pg II1, Pg
II3, and Pg III2). At least one member of each peptide family was retained, and for families
Pg I and Pg II, we selected the most active peptides that had the largest activity spectrum,
except Pg I6 which was highly active against only a few strains. Their minimal inhibitory
concentrations (MIC) were determined in both liquid and plate growth inhibition assays
against three Gram-positive and four Gram-negative bacteria (Table 2). The bacterial strains
used for MIC determination were selected according to their high sensitivity (Lc. lactis ssp.
cremoris, K. pneumoniae), or because they were affected by most of the chosen peptides.
In the liquid growth inhibition assay, Pg I1, Pg II1 and, Pg III2 had a marked activity
(MIC < 8µM) against most of the bacterial strains, while Pg II3 and particularly Pg I6 were
less effective. When compared with cecropins (Boman & Hultmark, 1987; Lowenberger et
al., 1999), hymenoptaecin (Casteels et al., 1993) or androctonin (Ehret-Sabatier et al., 1996),
Pg I1, Pg II1 and Pg III2 showed a similar general level of activity. In the plate growth
inhibition assay, MICs were at least two times higher, highlighting the problem of peptide
diffusion in the solid medium. Nevertheless, the same kind of results were observed, with a
marked action of Pg I1 against most of the tested bacteria.
Hemolytic activity
The hemolytic activity of the crude venom and the ten synthetic peptides was tested on
both horse and sheep erythrocytes at the same concentration as the activity spectrum (Table
1). When affected, the horse erythrocytes were always the most sensitive. Whole venom and
three peptides (Pg II1, Pg II5 and Pg II6) induced total lysis of both horse and sheep
erythrocytes, while Pg II3 and Pg II4 were less active and exhibited hemolytic activity against
only horse erythrocytes. The remaining five peptides (Pg I1, Pg I3, Pg I4, Pg I6, and Pg III2)
did not exhibit any hemolytic activity.
– 182 –
Insecticidal activity
The insecticidal properties of P. goeldii venom was only detected in fraction C (data not
shown). We tested each of the 10 synthetic peptides against the cricket, Acheta domesticus
and workers of P. goeldii. All 10 compounds exhibited insecticidal properties against A.
domesticus with a variation among peptides (Table 3). Four were highly active against
crickets (Pg I1, Pg I3, Pg II3 and, Pg II4) with toxicity (LD50) being less than 130µg of
peptide per gram of animal weight. Among these four peptides, Pg II3 and, Pg II4, were the
only compounds that affected P. goeldii workers. However, the level of toxicity against ants
was relatively low, suggesting a possible immunization of these ants against their own venom.
A. domesticus
LD50
P. goeldii
[95% CI]
LD50
[95% CI]
754.5
[733.3-776.3]
µg/g
Mixture of the
10 peptides
Pg I1
Pg I3
Pg I4
Pg I6
Pg II1
Pg II3
Pg II4
Pg II5
Pg II6
Pg III2
73.8
82.7
122.3
396.8
466.5
244.9
129.6
88.2
162.5
226.9
607
[70.4- 77.3]
[57.1-120]
[105.2-142.3]
[357.7-440.1]
[420.5-517.5]
[226- 265.4]
[116.3-144.3]
[84.8- 91.7]
[155.9-169.3]
[261.4-272.5]
[551.1-668.7]
a
ND
ND
ND
ND
ND
484
613.7
ND
ND
ND
[424.9-551.3]
[595.6-632.3]
Table 3. Insecticidal action of the ten synthetic peptides against the cricket, Acheta
domesticus and ant workers of P. goeldii. LD50 and 95% confidence intervals
([95% CI]) were calculated by probit analysis.
a
ND, no action was detected at the highest concentration tested (1mg/g)
Quantification of peptides in the venom gland
The concentration of each of the 10 peptides varied from 0.33 to 22.69mM in the venom
(Table 4). The results obtained from the plate growth inhibition assay in which the tested
concentrations of each compound were comprised between 0.4 and 0.5mM, showed that most
of the bacterial strains were highly affected.
– 183 –
Therefore, it appears that even the less
concentrated antibacterial peptide (Pg I1) from P. goeldii venom is sufficient in concentration
to exhibit a marked antibacterial activity in the crude venom.
Quantity of peptide per venom gland
(nmol)
(µg)
Pg I1
Pg I3
Pg I4
Pg I6
Pg II1
Pg II3
Pg II4
Pg II5
Pg II6
Pg III2
0.05725
0.92229
1.16911
0.91805
0.39773
1.41166
0.61150
1.30267
3.90270
0.50797
0.184
3.121
3.699
1.669
1.078
3.354
1.744
3.387
7.920
1.309
Concentration of
peptide (mM)
0.333
5.362
6.797
5.337
2.312
8.207
3.555
7.574
22.690
2.953
Table 4. Quantity and concentration of the ten synthetic peptides present in one venom
reservoir of P. goeldii.
Discussion
We have identified and characterized 15 peptides from three different families
according to their primary structures, with antibacterial properties of the venom of the
ponerine ant, Pachycondyla goeldii. This study constitutes the first report on the antibacterial
peptides isolated from ant venom. Furthermore, all the peptides that were characterized
represent novel molecules. The ten that were synthesized exhibited different antibacterial,
hemolytic and insecticidal properties that are useful for the study of the relationships between
sequence and function. All these peptides seem to lack antifungal properties, at least as
regards the two fungal strains that were tested.
From the first family of peptides (Pg I1, I3, I4 and I6), two patterns of action can be
defined. None of these compounds possess a hemolytic action. Pg I1 and Pg I3 have a
marked action against all the microbial strains and are also strong insecticides, while Pg I4
and Pg I6 are only active against some Gram-positive bacteria and the yeast, and present poor
insecticidal properties. The primary sequence of Pg I1, I3, and I4 are extremely similar,
except for Pg I6 which is missing the amino acids after proline residue in position 18 and
presenting an amidated C-terminal proline. Thus, the specificities observed concerning these
– 184 –
Dermaseptin 3
Pg III1
Dermaseptin 5
Melittin
Pg II1
Gaegurin 5
Pg I1
Cecropin
Drosophila melanogaster A
Pg I1
Cecropin
Aedes aegypti A
Pg I1
Cecropin
Bombyx mori B
:
*
*
*
*
:
*
*
* . :
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*
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* :
-
* .
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*
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A L W K N M L K G I G K L A G K A A L G A V K K L V G A E S
* * . : *
L L K E L W T K M - K G - - - - A G K A V L G K I K G L L
* * : * :
G L W S K I - K T - - - - A G K S V A K A A A K A A V K A V T N A V
G I G A I L - K V L A T G L P T L I - S W I K N K R K Q
: * :
W L G S A L - K I G A K L L P S V V - G L F K - K K K Q
: * *
F L G - A L F K V A S K V L P S V F C A I - T - K K C -
G W - K D W A K K A G - - G W - L K K - - - K G P G M A K - A A - L K A A M Q
* *
G W L K K I G K K I E R V G Q H T R D A T I Q G L G I A Q Q A A N V A A T A R
- G W K D W A K K - A G - G W - - L K - - K K G - P G M A K A A L K A A M Q
*
G G L K K L F K K L E G A G Q R V F N A A E K A L P V V A - G A - K A - L -
G W K D W A K - - K A G - - - - - G W L K K K G - P G M A K A A L - K A - A M Q
* *
R W K I F K K I E K M G R N I R D G - I V K A G - P A I - E V - L G S A K A I
– 185 –
Figure 3. a Comparison of sequences between Pg I1 and three cecropins isolated from Diptera (D. melanogaster and A. aegyptii) and
Lepidoptera (B. mori).
b Comparison of sequences between Pg II1 and, gaegurin 5 and melittin. Gaegurin 5 is an antimicrobial peptide isolated from the skin
of the frog, Rana rugosa and, melittin is the major peptide in honeybee venom and has toxic, antimicrobial and hemolytic
properties.
c Comparison of sequences between Pg III1 and, dermaseptins 3 and 5. Dermaseptins are antimicrobial peptides isolated from the
skin of the frog, Phyllomedusa sauvagii. Gaps were introduced to optimize the alignments. Identical residues and conservative
replacements are marked. Stars indicate identical residues, two dots show conservative replacements, and one dot shows
semiconservative replacements.
c
b
a
three latter peptides depend on slight differences in the amino acid chain. The important
differences in the antibacterial actions observed between Pg I4, and Pg I1 and I3 are due to
only slight modifications as Pg I4 share almost 65% of sequence identities with Pg I1 and I3.
Among the sequence divergences, five amino acid conserved between Pg I1 and I3 are not in
Pg I4. Moreover, three of them (Gly-1, Lys-8, and Lys-26) are substituted in Pg I4 by
hydrophilic, neutral or hydrophobic residues respectively (Asp, Thr, and Met).
Such
substitutions may affect the three-dimensional structure of this peptide and then its mode of
action.
These peptides share about 60% sequence similarity, including conservative
replacements, with cecropins (calculated using peptide Pg I1; Fig. 3a). Cecropins represent a
family of inducible antimicrobial peptides that have been isolated from only two insect
families, Diptera and Lepidoptera (Boman & Hultmark, 1987).
To our knowledge, the
peptides identified in the venom of P. goeldii represent the first molecules isolated from
another insect family that can be considered as cecropin-like members. All cecropins, except
those isolated from Aedes mosquitos (Sun et al., 1998; Lowenberger et al., 1999), are
amidated whereas this posttranslational modification does not occur in the Pg I peptide
family, except Pg I6. Although the correlation between C-terminal amidation and biological
action is not clear, this modification may influence the effect of peptides (Andreu & Rivas,
1998). Cecropins have a broad spectrum of activity against bacteria and fungi, but do not
affect most other eukaryotic cells (Boman & Hultmark, 1987; Ekengren & Hultmark, 1999).
The Pg I1 and I3 peptides have also an important antibacterial action and are not effective
against erythrocytes, but they have an important insecticidal action, that make them some of
the most important toxins of P. goeldii venom and distinguish them from cecropins. This
insecticidal property implicates that these peptides are effective against eukaryotic cells with a
certain specificity as they do not exhibit any hemolytic action.
Most synthetic peptides from the second family (Pg II1, Pg II3, Pg II4, Pg II5 and Pg
II6) share common properties linked to their high sequence similarities. With the exception
of Pg II6, they are active against Gram-positive, Gram-negative bacteria and yeast and, have
marked hemolytic and insecticidal activities. Note that Pg II3 and Pg II4 are the only ones
that affect P. goeldii individuals, although at high concentrations. Peptide Pg II6 does not
exhibit antibacterial action against most of Gram-negative bacteria and the tested yeast.
Interestingly this compound shares the least sequence similarity with the others at the Nterminal region (before the proline residue) and differs by the lack of repeated lysine residues
at the C-terminal region and by the amidation of its C-terminal amino acid.
– 186 –
This peptide family shares about 70% sequence similarity, including conservative
replacements, with gaegurin 5 and melittin (calculated from Pg II1 and Pg II3; Fig. 3b).
Gaegurin 5 is one of the six peptides of this family that have been isolated from the skin of
the frog, Rana rugosa (Park et al., 1994; Simmaco et al., 1998), and they are also members of
the brevinin-like peptides (Simmaco et al., 1998).
They exhibit a broad spectrum of
antimicrobial action against bacteria, fungi and protozoa, but have very little hemolytic action
contrarily to the Pg II peptides. All gaegurins contain two invariant cysteine residues, absent
from all the peptides isolated from P. goeldii venom. Melittin is the major toxic component
of the venom of honey bees and has also high antimicrobial and hemolytic activities (Banks &
Shipolini, 1986; Juvvadi et al., 1996). The hemolytic property of melittin is due in part to the
presence of a strongly basic C-terminal segment (Juvvadi et al., 1996), but also to its
amphipatic α-helical structure (Oren & Shai, 1997). Interestingly, the C-terminal regions of
most the Pg II peptides are also strongly basic, while those of the gaegurins contained two
cysteine residues engaged in disulfide bonds.
This C-terminal region might then be
responsible of the hemolytic action observed in Pg II family. However, this region lacks in
Pg II6, which is also one of the most potent hemolytic peptides of the family, but only active
against Gram-positive bacteria.
The synthetic peptide from the third family (Pg III2) has only an antibacterial action and
is inactive against the yeast, erythrocytes and insects. Together with Pg III1, they share
important similarities with dermaseptin 3 and 5 that have been isolated from frog skin and
possess a strong antimicrobial action against bacteria, yeast, fungi and protozoa (Fig. 3c)
(Mor & Nicolas, 1994; Simmaco et al., 1998; Amiche et al., 1999). The pairwise alignment
of Pg III1 and dermaseptin 3 yielded 77% similarity between the C-terminal regions of the
two peptides, while the pairwise alignment with dermaseptin 5 yielded 69% similarity at the
N-terminal regions. As observed for dermaseptins, no hemolytic action was found for Pg
III2. Moreover, this compound is not a strong insecticide and should then be considered to
have a selective antibacterial role in P. goeldii venom.
The prediction of the three-dimensional structures of the peptides suggested the
formation of one or two α-helix separated by a coil. This type of structure is consistent with
the structural data of the homologous peptides cecropins, gaegurins, melittin and
dermaseptins (Mor & Nicolas, 1994; Park et al., 1994; Juvvadi et al., 1996; Houston et al.,
1998; Bulet, 1999). This similarity in structure suggests also a similarity in their mode of
– 187 –
action (Matsuzaki, 1997; Oren & Shai, 1998), although the nature of the α-helix was not
investigated.
P. goeldii is a generalist predator and foraging workers capture almost every
encountered insect prey (Orivel et al., 2000).
As one important source of pathogen
introduction is represented by the presence of a potentially infected prey inside the nest, the
"microbial cleaning" of prey before their introduction into the colony and their consumption
by the brood ensures colony survival. Indeed, the introduction of pathogens into ant colonies
may have very negative consequences for colony survival due to the high densities of
individuals, combined with their close genetic relatedness. All of the characterized peptides
are present at concentrations of 0.33 to 22.7mM in whole venom of P. goeldii. These high
concentrations suggest that the peptides play an important role in prey capture and
immobilization, and more. Little is known about the pathobiology of ants (Hölldobler &
Wilson, 1990), but one might expect that a number of virus, bacteria and fungi may seriously
affect ant colonies. The metapleural glands localized on the thorax of most ant species have a
specialized antimicrobial function that prevent the development of external pathogens
(Hölldobler & Engel-Siegel, 1984). The mandibular gland secretions of some army ant
species also have a dual defensive role against both predators and microbial attacks of brood
(Brown et al., 1979). Furthermore, this study demonstrates that in predatory ant species, the
venom may serve to protect against internal pathogens arising from alimentation.
Acknowledgements
We are grateful to the Association pour la Recherche sur le Cancer (ARC) for its
financial support towards the MALDI-TOF mass spectrometer, to P. Bulet for expert advice,
to M. Guyot for her assistance, to J. Giovannoni for preliminary experiments, to the
Laboratoire Environnement de Petit Saut (EDH – CNEH), French Guiana for logistical help
during field missions, to J. H. C. Delabie (CEPEC, CEPLEC, Itabuna, Bahia, Brazil) for ant
identification, and to Andrea Dejean for English corrections on the manuscript.
– 188 –
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
– 189 –
— Références bibliographiques —
Références bibliographiques
Adams, E.S. (1994) Territory defense by the ant Azteca trigona: maintenance of an arboreal
mosaic. Oecologia 97: 202-208.
Adis, J., Lubin, Y.D. & Montgomery, G.G. (1984)
Arthropods from the canopy of
inundated and terra firme forests near Manaus, Brazil, with critical considerations on
the pyrethrum-fogging technique. Studies on Neotropical Fauna and Environment 19:
223-236.
Agbogba, C. (1982) Contribution à l'étude de la prédation et de l'approvisionnement de la
société chez des fourmis carnivores. Thèse de doctorat, Université de Provence, AixMarseille.
Agbogba, C. (1992) Settlement in the prey termite nest by the ponerine ant Pachycondyla
caffraria (Smith), and tandem running signal analysis for the following ant. Journal of
Ethology 10: 133-137.
Agosti, D., Grimaldi, D. & Carpenter, J.M. (1997) Oldest known ant fossils discovered.
Nature 391: 447.
Agrawal, A.A. (1998) Leaf damage and associated cues induce aggressive ant recruitment in
a Neotropical ant-plant. Ecology 79: 2100-2112.
Agrawal, A.A. & Dubin-Thaler, B.J. (1999)
Induced responses to herbivory in the
Neotropical ant-plant association between Azteca ants and Cecropia trees: response of
ants to potential inducing cues. Behavioral Ecology and Sociobiology 45: 47-54.
Akino, T., Knapp, J.J., Thomas, J.A. & Elmes, G.W. (1999) Chemical mimicry and host
specificity in the butterfly Maculinea rebeli, a social parasite of Myrmica ant colonies.
Proceedings of the Royal Society of London 266: 1419-1426.
Akino, T. & Yamaoka, R. (1998) Chemical mimicry in the root aphid parasitoid Paralipsis
eikoae Yasumatsu (Hymenoptera: Aphidiidae) of the aphid-attending ant Lasius
– 190 –
sakagamii Yamauchi & Hayashida (Hymenoptera: Formicidae). Chemoecology 8:
153-161.
Amiche, M., Seon, A.A., Pierre, T.N. & Nicolas, P. (1999) The dermaseptin precursors: a
protein family with a common preproregion and a variable C-terminal antimicrobial
domain. FEBS Letters 456: 352-356.
Andreu, D. & Rivas, L. (1998) Animal antimicrobial peptides: an overview. Biopolymers
47: 415-433.
Aronne, G. & Wilcock, C.C. (1994) First evidence of myrmecochory in fleshy-fruited
shrubs of the Mediterranean region. New Phytologist 127: 781-788.
Attygalle, A.B. & Morgan, E.D. (1985)
Ant trail pheromones. Advances in Insect
Physiology 18: 1-30.
Bagnères, A.G., Errard, C., Mulheim, C., Joulie, C. & Lange, C. (1991) Induced mimicry
of colony odors in ants. Journal of Chemical Ecology 17: 1641-1664.
Banks, B.E.C. & Shipolini, R.A. (1986) Chemistry and pharmacology of honey-bee venom.
In: Venoms of the Hymenoptera. Biochemical, pharmacological and behavioural
aspects, pp. 329-416 (Piek, T., Ed.). Academic Press, London.
Baroni Urbani, C., Bolton, B. & Ward, P.S. (1992)
The internal phylogeny of ants
(Hymenoptera: Formicidae). Systematic Entomology 17: 301-329.
Barton, A.M. (1986) Spatial variation in the effect of ants on an extrafloral nectary plant.
Ecology 67: 495-504.
Beard, R.L. (1978) Venoms of Braconidae. In: Arthropod venoms, pp. 773-800 (Bettini, S.,
Ed.). Springer-Verlag, Berlin.
Beattie, A.J. (1985)
The evolutionary ecology of ant-plant mutualisms. Cambridge
University Press, Cambridge.
Belin-Depoux, M. (1991) Ecologie et évolution des jardins de fourmis en Guyane Française.
Revue d'Ecologie 46: 1-38.
Bennett, B. & Breed, M.D. (1985) On the association between Pentaclethra macroloba
(Mimosaceae) and Paraponera clavata (Hymenoptera: Formicidae) colonies.
Biotropica 17: 253-255.
– 191 –
Benson, W.W. (1985) Amazon ant-plants. In: Amazonia, pp. 239-266 (Prance, G.T. &
Lovejoy, T.E., Eds.). Pergamon Press, Oxford.
Bentley, B.L. (1976) Plants bearing extrafloral nectaries and the associated ant community:
interhabitat differences in the reduction of herbivore damage. Ecology 57: 815-820.
Bentley, B.L. (1977) Extrafloral nectaries and protection by pugnacious bodyguards. Annual
Review of Ecology and Systematic 8: 407-427.
Benzecri, J.P. (1973) L'analyse des données. Dunod, Paris.
Benzing, D.H. (1990) Vascular epiphytes. General biology and related biota. Cambridge
University press, Cambridge.
Bettini, S. & Brognoli, P.M. (1978) Review of the spider families, with notes on the lesserknown poisonous forms. In: Arthropod venoms, pp. 101-120 (Bettini, S., Ed.).
Springer-Verlag, Berlin.
Billen, J. (1986) Etude morphologique des glandes tarsales chez la guêpe Polistes annularis
(L.) (Vespidae, Polistinae). Actes Colloques Insectes Sociaux 3: 51-60.
Billen, J. (1990) A survey of the glandular system of fire ants. In: Applied myrmecology, a
world pespective, pp. 85-95 (Vander Meer, R.K., Jaffe, K. & Cedeno, A., Eds.).
Westview Press, Boulder.
Billen, J. (1993)
Morphology of the exocrine system in ants. In: Proceedings of the
Colloquia on Social Insects, pp. 1-15 (Kipyarkov, V.E., Ed.). Socium, St Petersburg.
Blaylock, R. (1999) Antibacterial properties of South African snake venoms. Toxicon 37:
1336.
Blum, M.S. (1987) The basis and evolutionary significance of recognitive olfactory acuity in
insect societies. In: From individual to collective behaviour in social insects, pp. 277293 (Pasteels, J.M. & Deneubourg, J.L., Eds.). Birkhauser, Basel.
Blum, M.S. & Hermann, H.R. (1978a) Venom and venom apparatuses of the Formicidae:
Dolichoderinae and Aneuretinae. In: Arthropod venoms, pp. 871-894 (Bettini, S., Ed.).
Springer-Verlag, Berlin.
Blum, M.S. & Hermann, H.R. (1978b) Venom and venom apparatuses of the Formicidae:
Myrmeciinae,
Ponerinae,
Dorylinae,
– 192 –
Pseudomyrmecinae,
Myrmicinae,
and
Formicinae. In: Arthropod venoms, pp. 801-869 (Bettini, S., Ed.). Springer-Verlag,
Berlin.
Blum, M.S., Walker, J.R. & Callahan, P.S. (1958) Chemical, insecticidal and antibiotic
properties of fire ant venom. Science 128: 306-307.
Blüthgen, N., Verhaagh, M. & Goitia, W. (2000) Ant nests in tank bromeliads - an
example of non-specific interaction. Insectes Sociaux (sous presse).
Bolton, B. (1994) Identification guide to the ant genera of the world. Harvard University
Press, Cambridge.
Bolton, B. (1995) A new general catalogue of the ants of the world. Harvard University
Press, Cambridge.
Boman, H.G. & Hultmark, D. (1987) Cell-free immunity in insects. Annual Review of
Microbiology 41: 103-126.
Bonavita-Cougourdan, A., Clément, J.L. & Lange, C. (1987) Nestmate recognition: the
role of cuticular hydrocarbons in the ant Camponotus vagus Scop. Journal of
Entomological Sciences 22: 1-10.
Bonavita-Cougourdan, A., Rivière, G., Provost, E., Bagnères, A.G., Roux, M., Dusticier,
G. & Clément, J.L. (1996) Selective adaptation of the cuticular hydrocarbon profiles
of the slave-making ants Polyergus rufescens Latr. and their Formica rufibarbis Fab.
and F. cunicularia Latr. slaves. Comparative Biochemistry and Physiology 113: 313329.
Bond, W.J., Yeaton, R. & Stock, W.D. (1991) Myrmecochory in Cape fynbos. In: Ant-plant
interactions, pp. 448-462 (Huxley, C.R. & Cutler, D.F., Eds.). Oxford University
Press, Oxford.
Bradshaw, J.W.S. & Howse, P.E. (1984) Sociochemicals of ants. In: Chemical ecology of
insects, pp. 429-473 (Bell, W.J. & Cardé, R.T., Eds.). Chapman & Hall, New York.
Braeckman, J.C., Daloze, D., Pasteels, J.M., van Hecke, P., Declercq, J.P., Sinnwell, V.
& Francke, W. (1987) Tetraponerine-8, an alkaloidal contact poison in a neoguinean
pseudomyrmecine ant, Tetraponera sp. Zeitschrift für Naturforschung 42: 627-630.
– 193 –
Brandão, C.R.F., Diniz, J.L.M. & Tomotake, E.M. (1991)
Thaumatomyrmex strips
millipedes for prey: a novel predatory behaviour in ants, and the first case of sympatry
in the genus (Hymenoptera: Formicidae). Insectes Sociaux 38: 335-344.
Brandão, C.R.F., Martins-Neto, R.G. & Vulcano, M.A. (1989) The earliest known fossil
ant (first southern hemisphere mesozoic record) (Hymenoptera: Formicidae:
Myrmeciinae). Psyche 96: 195-208.
Breed, M.D., Bowden, R.M., Garry, M.F. & Weicker, A.L. (1996)
Giving-up time
variation in response to differences in nectar volume and concentration in the giant
tropical ant, Paraponera clavata (Hymenoptera: Formicidae). Journal of Insect
Behavior 9: 659-672.
Breed, M.D., Fewell, J.H., Moore, A.J. & Williams, K.R. (1987) Graded recruitment in a
ponerine ant. Behavioral Ecology and Sociobiology 20: 407-411.
Breed, M.D. & Stiller, T.M. (1992) Honey bee, Apis mellifera, nestmate discrimination:
hydrocarbon effects and the evolutionnary implications of comb choice. Animal
Behaviour 43: 875-883.
Brown, C.A., Watkins, J.F. & Eldridge, D.W. (1979) Repression of bacteria and fungi by
the army ant secretion: skatole. Journal of the Kansas Entomological Society 52: 119122.
Brown, W.L. (1957)
Predation of arthropod eggs by the ant genera Proceratium and
Discothyrea. Psyche 64: 115.
Brown, W.L. (1958) Contributions toward a reclassification of the Formicidae. II. Tribe
Ectatommini (Hymenoptera). Bulletin of the Museum of Comparative Zoology,
Harvard 118: 173-362.
Brühl, C.A., Gunsalam, G. & Linsenmair, K.E. (1998)
Stratification of ants
(Hymenoptera, Formicidae) in a primary rain forest in Sabah, Borneo. Journal of
Tropical Ecology 14: 285-297.
Buckley, R.C. (1982) Ant-plant interactions: a world review. In: Ant-plant interactions in
Australia, pp. 111-141 (Buckley, R.C., Ed.). Dr. W. Junk Publishers, The Hague.
Bulet, P. (1999) Les peptides antimicrobiens de la drosophile. Médecine/Sciences 15: 23-29.
– 194 –
Castanho, L.M. & Oliveira, P.S. (1997) Biology and behaviour of the neotropical antmimicking spider Aphantochilus rogersi (Araneae: Aphantochilidae): nesting,
maternal care and ontogeny of ant-hunting techniques. Journal of Zoology 242: 643650.
Casteels, P., Ampe, C., Jacobs, F. & Tempst, P. (1993)
Functional and chemical
characterization of hymenoptaecin, an antibactial polypeptide that is infectioninductible in the honeybee (Apis mellifera). Journal of Biological Chemistry 268:
7044-7054.
Cavagnol, R.M. (1977)
The pharmacological effects of Hymenoptera venoms. Annual
Review of Pharmacology and Toxicology 17: 479-498.
Cerda, X. & Retana, J. (1994) Food exploitation patterns of two sympatric seed-harvesting
ants Messor bouvieri (Bond.) and Messor capitatus (Latr.) (Hym., Formicidae) from
Spain. Journal of Applied Entomology 117: 268-277.
Chapela, I.H., Rehner, S.A., Schultz, T.R. & Mueller, U.G. (1994) Evolutionary history of
the symbiosis between fungus-growing ants and their fungi. Science 266: 1691-1694.
Cherrett, J.M. (1986) History of the leaf-cutting ant problem. In: Fire ants and leaf-cutting
ants: biology and management, pp. 10-17 (Lofgren, C.S. & Vander Meer, R.K., Eds.).
Westview Press, Boulder.
Clark, D.B., Guayasamin, C., Pazmino, O., Donoso, C. & de Villasis, P. (1982) The tramp
ant Wasmannia auropunctata: autoecology and effect on ant diversity and distribution
on Santa Cruz Island, Galapagos. Biotropica 14: 196-207.
Conde-Boytel, R., Erickson, E.H. & Carlson, S.D. (1989) Scanning electron microscopy of
the honeybee, Apis mellifera L. (Hymenoptera : Apidae) pretarsus. International
Journal of Insect Morphology and Embryology 18: 59-69.
Corbara, B. & Dejean, A. (1996) Arboreal nest building and ant-garden initiation by a
ponerine ant. Naturwissenschaften 83: 227-230.
Corbara, B. & Dejean, A. (1998) A stingless bee nesting inside ant-gardens in French
Guiana (Hymenoptera: Apidae). Sociobiology 32: 489-492.
Corbara, B., Dejean, A. & Orivel, J. (1999a) Les "jardins de fourmis", une association
plantes-fourmis originale. L'Année Biologique 38: 73-89.
– 195 –
Corbara, B., Tindo, M. & Dejean, A. (1999b) Les relations entre fourmis arboricoles et
guêpes sociales sous les tropiques. L'Année Biologique 38: 213-229.
Crozier, R.H. & Dix, M.W. (1979)
Analysis of two genetic models for the innate
components of colony odor in social hymenoptera. Behavioral Ecology and
Sociobiology 4: 217-224.
Crozier, R.H., Jermiin, L.S. & Chiotis, M. (1997) Molecular evidence for a Jurassic origin
of ants. Naturwissenschaften 84: 22-23.
Cruz Lopez, L. & Morgan, E.D. (1997) Explanation of bitter taste of venom of ponerine
ant, Pachycondyla apicalis. Journal of Chemical Ecology 23: 705-712.
Currie, C.R., Scott, J.A., Summerbell, R.C. & Malloch, D. (1999) Fungus-growing ants
use antibiotic-producing bacteria to control garden parasites. Nature 398: 701-704.
Cushing, P.E. (1997) Myrmecomorphy and myrmecophily in spiders: a review. Florida
Entomologist 80: 165-193.
Daloze, D., Braeckman, J.C., Vanhecke, P., Boevé, J.L. & Pasteels, J.M. (1987) Long
chain electrophilic poisons from the Dufour's gland of the ant Crematogaster
scutellaris (Hymenoptera, Myrmicinae). Canadian Journal of Chemistry 65: 432-436.
Daloze, D., Kaisin, M., Detrain, C. & Pasteels, J.M. (1991) Chemical defense in the three
European species of Crematogaster ants. Experientia 47: 1082-1089.
Daltry, J.C., Wüster, W. & Thorpe, R.S. (1996) Diet and snake venom evolution. Nature
379: 537-540.
Dani, F.R., Morgan, E.D., Jones, G.R., Turillazzi, S., Cervo, R. & Francke, W. (1998)
Species-specific volatile substances in the venom sac of hover wasps. Journal of
Chemical Ecology 24: 1091-1104.
Davidson, D.W. (1977) Foraging ecology and community organization in desert seed-eating
ants. Ecology 58: 725-737.
Davidson, D.W. (1988) Ecological studies of neotropical ant gardens. Ecology 69: 11381152.
Davidson, D.W. (1997) The role of resource imbalances in the evolutionary ecology of
tropical arboreal ants. Biological Journal of the Linnean Society 61: 153-181.
– 196 –
Davidson, D.W. (1998) Resource discovery versus resource domination in ants: a functional
mechanism for breaking the trade-off. Ecological Entomology 23: 484-490.
Davidson, D.W. & Epstein, W.W. (1989) Epiphytic associations with ants. In: Vascular
plant as epiphytes, pp. 201-233 (Lüttge, U., Ed.). Springer Verlag, New York.
Davidson, D.W. & Fisher, B.L. (1991) Symbiosis of ants with Cecropia as a function of
light regime. In: Ant-plant interactions, pp. 289-309 (Huxley, C.R. & Cutler, D.F.,
Eds.). Oxford University Press, Oxford.
Davidson, D.W., Longino, J.T. & Snelling, R.R. (1988) Pruning of host plant neighbors by
ants: an experimental approach. Ecology 69: 801-808.
Davidson, D.W. & McKey, D.B. (1993) The evolutionary ecology of symbiotic ant-plant
relationships. Journal of Hymenoptera Research 2: 13-83.
Davidson, D.W. & Patrell-Kim, L. (1996) Tropical arboreal ants: why so abundant? In:
Neotropical Biodiversity and Conservation, pp. 127-140 (Gibson, A.C., Ed.). Mildred
E. Mathias Botanical Garden, Los Angeles.
Davidson, D.W., Seidel, J.L. & Epstein, W.W. (1990)
Neotropical ant gardens II.
Bioassays of seed compounds. Journal of Chemical Ecology 16: 2993-3013.
Davidson, D.W., Snelling, R.R. & Longino, J.T. (1989)
Competition among ants for
myrmecophytes and the significance of plant trichomes. Biotropica 21: 64-73.
de la Fuente, M.A.S. & Marquis, R.J. (1999) The role of ant-tended extrafloral nectaries in
the protection and benefit of a Neotropical rainforest tree. Oecologia 118: 192-202.
de Medeiros, M.A., Fowler, H.G. & Bueno, O.C. (1995a) Ant (Hym., Formicidae) mosaic
stability in Bahian cocoa plantations: implications for management. Journal of Applied
Entomology 119: 411-414.
de Medeiros, M.A., Fowler, H.G. & Delabie, J.H.C. (1995b) O mosaico de formigas
(Hymenoptera: Formicidae) em cacauais do sul da Bahia. Cientifica 23: 291-300.
De Vries, P.J. (1991) Evolutionary and ecological patterns in myrmecophilous riodinid
butterflies. In: Ant-plant interactions, pp. 143-156 (Huxley, C.R. & Cutler, D.F., Eds.).
Oxford University Press, Oxford.
– 197 –
Dejean, A. (1983)
A behavioural study of predation by Serrastruma serrula Santschi
(Formicidae, Myrmicinae). In: Social insects in the tropics, volume 2, pp. 75-81
(Jaisson, P., Ed.). Université Paris Nord, Paris.
Dejean, A. (1985)
Etude éco-éthologique de la prédation chez les fourmis du genre
Smithistruma (Formicidae-Myrmicinae-Dacetini) II. Attraction des proies principales
(collemboles). Insectes Sociaux 32: 158-172.
Dejean, A. (1987a)
Behavioral plasticity of hunting workers of Serrastruma serrula
(Hymenoptera: Formicidae, Myrmicinae) presented with different arthropods.
Dejean, A. (1987b)
Effect of prey size on predatory behavior of Serrastruma serrula
(Hymenoptera: Formicidae, Myrmicinae). Sociobiology 13: 295-306.
Dejean, A. (1988a) Failure as an effective stimulus of a reserve behavior which allows the
capture of alternative prey by Serrastruma serrula workers (Formicidae, Myrmicinae).
Dejean, A. (1988b) Memory effect on predatory behaviour of Odontomachus troglodytes
(Formicidae, Ponerinae). Behaviour 107: 131-137.
Dejean, A. (1990a) Influence de l'environnement pré-imaginal et précoce dans le choix du
site de nidification de Pachycondyla (= Neoponera) villosa (Fabr.) (Formicidae,
Ponerinae). Behavioural Processes 21: 107-125.
Dejean, A. (1990b)
Prey capture strategy of the african weaver ant. In: Applied
myrmecology, a world pespective, pp. 472-481 (Vander Meer, R.K., Jaffe, K. &
Cedeno, A., Eds.). Westview Press, Boulder.
Dejean, A. (1991)
Le comportement prédateur de Pachycondyla soror. Entomologia
Experimentalis et Applicata 58: 123-135.
Dejean, A. (1996)
Trail sharing in African arboreal ants (Hymenoptera: Formicidae).
Dejean, A. (1997) Distribution of colonies and prey specialization in the ponerine ant genus
Leptogenys (Hymenoptera: Formicidae). Sociobiology 29: 293-300.
– 198 –
Dejean, A., Amougou Akoa, Djiéto-Lordon, C. & Lenoir, A. (1994) Mosaic ant territories
in an African secondary rain forest (Hymenoptera: Formicidae). Sociobiology 23: 275291.
Dejean, A. & Bashingwa, E.P. (1985)
La prédation chez Odontomachus troglodytes
Santschi (Formicidae-Ponerinae). Insectes Sociaux 32: 23-42.
Dejean, A., Belin, M. & McKey, D. (1991) Les relations plantes-fourmis dans la canopée.
In: Biologie d'une canopée de forêt équatoriale - II. Rapport de mission: radeau des
cimes octobre-novembre 1991, réserve de Campo, Cameroun, pp. 76-80 (Hallé, F. &
Pascal, O., Eds.). Opération canopée, Lyon.
Dejean, A. & Beugnon, G. (1996) Host-ant trail following by myrmecophilous larvae of
Liphyrinae (Lepidoptera, Lycaenidae). Oecologia 106: 57-62.
Dejean, A., Beugnon, G. & Lachaud, J.P. (1993a) Spatial components of foraging behavior
in an African ponerine ant, Paltothyreus tarsatus. Journal of Insect Behavior 6: 271285.
Dejean, A. & Corbara, B. (1990a) L'alimentation sucrée des larves chez Pachycondyla
villosa (Formicidae, Ponerinae). Biology of Behaviour 15: 117-124.
Dejean, A. & Corbara, B. (1990b) Predatory behavior of a Neotropical arboricolous ant:
Pachycondyla villosa (Formicidae: Ponerinae). Sociobiology 17: 271-286.
Dejean, A. & Corbara, B. (1998)
Study of different foraging paths of the predatory
Neotropical ponerine ant Pachycondyla (= Neoponera) villosa (Hymenoptera,
Formicidae). Sociobiology 32: 409-426.
Dejean, A., Corbara, B. & Oliva-Rivera, J. (1990)
Mise en évidence d'une forme
d'apprentissage dans le comportement de capture des proies chez Pachycondyla (=
Neoponera) villosa (Formicidae, Ponerinae). Behaviour 115: 175-187.
Dejean, A., Corbara, B. & Orivel, J. (1999a) The arboreal ant mosaic in two Atlantic rain
forests. Selbyana 20: 133-145.
Dejean, A., Corbara, B., Snelling, R.R. & Belin, M. (1997a) Les jardins de fourmis de
Guyane française: relations entre arbres-support, épiphytes et fourmis. Acta Botanica
Gallica 144: 333-345.
– 199 –
Dejean, A., Djiéto-Lordon, C. & Durand, J.L. (1997b) Ant mosaic in oil palm plantations
of the southwest province of Cameroon: impact on the leaf miner beetle (Coleoptera:
Chrysomelidae). Journal of Economic Entomology 90: 1092-1096.
Dejean, A. & Evraerts, C. (1997)
Predatory behavior in the genus Leptogenys: a
comparative study. Journal of Insect Behavior 10: 177-191.
Dejean, A. & Gibernau, M. (2000) A rainforest ant mosaic: the edge effect. Sociobiology
(sous presse).
Dejean, A., Grimal, A., Malherbe, M.C. & Suzzoni, J.P. (1999b) From specialization in
spider egg predation to an original nesting mode in a "primitive" ant: a new kind of
lestobiosis. Natuwissenschaften 83: 133-137.
Dejean, A. & Lachaud, J.P. (1992)
Growth-related changes in predation behavior in
incipient colonies of the ponerine ant Ectatomma tuberculatum (Olivier). Insectes
Sociaux 39: 129-143.
Dejean, A. & Lachaud, J.P. (1994) Ecology and behavior of the seed-eating ponerine ant
Brachyponera senaarensis (Mayr). Insectes Sociaux 41: 191-210.
Dejean, A., Lachaud, J.P. & Beugnon, G. (1993b) Efficiency in the exploitation of patchy
environments by the ponerine ant Paltothyreus tarsatus: an ecological consequence of
the flexibility of prey capture behavior. Journal of Ethology 11: 43-53.
Dejean, A., McKey, D., Gibernau, M. & Belin-Depoux, M. (2000) The arboreal ant mosaic
in a Cameroonian rainforest. Sociobiology (sous presse).
Dejean, A. & Olmsted, I. (1997)
Ecological studies on Aechmea bracteata (Swartz)
(Bromeliaceae). Journal of Natural History 31: 1313-1334.
Dejean, A., Olmsted, I. & Snelling, R.R. (1995) Tree-epiphyte-ant relationships in the low
inundated forest of Sian Ka'an biosphere reserve, Quintana Roo, Mexico. Biotropica
27: 57-70.
Dejean, A., Orivel, J., Schatz, B., Lachaud, J.P. & Beugnon, G. (1999c) Prey capture
behavior of Pachycondyla pachyderma (Formicidae: Ponerinae), a semi-specialist
predator of centipedes. Sociobiology (sous presse).
Dejean, A., Schatz, B. & Kenne, M. (1999d)
How a group foraging myrmicine ant
overhelms large prey items (Hymenoptera: Formicidae). Sociobiology 34: 407-418.
– 200 –
Dejean, A., Schatz, B., Orivel, J. & Beugnon, G. (1999e)
Prey capture behavior of
Psalidomyrmex procerus (Formicidae: Ponerinae), a specialist predator of earthworms.
Dejean, A., Schatz, B., Orivel, J., Beugnon, G., Lachaud, J.P. & Corbara, B. (1999f)
Feeding preferences in African ponerine ants: a cafeteria experiment. Sociobiology 34:
555-568.
Dejean, A. & Suzzoni, J.P. (1997) Surface tension strengths in the service of a ponerine ant:
a new kind of nectar transport. Naturwissenschaften 84: 76-79.
Delabie, J.H.C., Benton, F.P. & de Medeiros, M.A. (1991)
La polydomie chez les
Formicidae arboricoles dans les cacaoyères du Brésil: optimisation de l'occupation de
l'espace ou stratégie défensive ? Actes Colloques Insectes Sociaux 7: 173-178.
Del-Claro, K. & Oliveira, P.S. (1996) Honeydew flicking by treehoppers provides cues to
potential tending ants. Animal Behaviour 51: 1071-1075.
Del-Claro, K. & Oliveira, P.S. (1999)
Ant-Homoptera interactions in a Neotropical
savanna: the honeydew-producing trehopper, Guayaquila xiphias (Membracidae), and
its associated ant fauna on Didymopanax vinosum (Araliaceae). Biotropica 31: 135144.
Dettner, K. & Liepert, C. (1994) Chemical mimicry and camouflage. Annual Review of
Djiéto-Lordon, C. & Dejean, A. (1999) Tropical arboreal ant mosaics: innate attraction and
imprinting determine nest site selection in dominant ants. Behavioral Ecology and
Duval, A., Malécot, C.O., Pelhate, M. & Piek, T. (1992) Poneratoxin, a new toxin from an
ant venom, reveals an interconversion between two gating modes of the Na channels
in frog skeletal muscle fibres. Pflügers Archives 420: 239-247.
Edery, H., Ishay, J., Gitter, S. & Joshua, H. (1978) Venoms of Vespidae. In: Arthropod
venoms, pp. 691-771 (Bettini, S., Ed.). Springer-Verlag, Berlin.
Ehret-Sabatier, L., Loew, D., Goyffon, M., Fehlbaum, P., Hoffman, J.A., van Dorsselaer,
A. & Bulet, P. (1996) Characterization of novel cysteine-rich antimicrobial peptides
from scorpion blood. Journal of Biological Chemistry 271: 29537-29544.
– 201 –
Eisner, T. (1957)
A comparative morphological study of the proventriculus of ants
(Hymenoptera: Formicidae). Bulletin of the Museum of Comparative Zoology 116:
439-490.
Ekengren, S. & Hultmark, D. (1999) Drosophila cecropin as an antifungal agent. Insect
Biochemistry and Molecular Biology 29: 965-972.
Elgert, B. & Rosengren, R. (1977) The guest ant Formicoxenus nitidulus follows the scent
trail of its wood ant host (Hymenoptera, Formicidae). Memoranda Societas Fauna et
Flora Fennica 53: 35-38.
Errard, C. (1994) Long-term memory involved in nestmate recognition in ants. Animal
Behaviour 48: 263-271.
Escoubas, P. (1988) Alcaloïdes de fourmis : identification, toxicité et mode d'action. Thèse
de Doctorat, Université Pierre et Marie Curie, Paris.
Escoubas, P. & Blum, M.S. (1990) The biological activities of ant-derived alkaloids. In:
Applied myrmecology, a world pespective, pp. 482-489 (Vander Meer, R.K., Jaffe, K.
& Cedeno, A., Eds.). Westview Press, Boulder.
Escoubas, P., Célérier, M.L. & Nakajima, T. (1997)
High-performance liquid
chromatography matrix-assisted laser desorption/ionisation time-of-flight mass
spectrometry peptide fingerprinting of tarantula venoms in the genus Brachypelma:
chemotaxonomic and biochemical applications. Rapid Communications in Mass
Spectrometry 11: 1891-1899.
Espelie, K.E. & Hermann, H.R. (1988) Congruent cuticular hydrocarbons: biochemical
convergence of a social wasp, an ant and a host plant. Biochemical Systematics and
Ecology 16: 505-508.
Evans, H.C. & Leston, D. (1971) A ponerine ant (Hym., Formicidae) associated with
homoptera on cocoa in Ghana. Bulletin of Entomological Research 61: 357-362.
Federle, W., Maschwitz, U. & Fiala, B. (1998)
The two-partner ant-plant system of
Camponotus (Colobopsis) sp.1 and Macaranga puncticulata (Euphorbiaceae): natural
history of the exceptional ant partner. Insectes Sociaux 45: 1-16.
Fernandes, A., Lopes, C.A.M., Sforcin, J.M. & Funari, S.R.C. (1996) Population analysis
of susceptiblity to propolis in reference strains of Staphylococcus aureus and
Escherichia coli. Journal of Venomous Animals and Toxins 3: 287-294.
– 202 –
Fiala, B., Maschwitz, U. & Pong, T.Y. (1991) The association between Macaranga trees
and ants in South-east Asia. In: Ant-plant interactions, pp. 263-270 (Huxley, C.R. &
Cutler, D.F., Eds.). Oxford University Press, Oxford.
Fiedler, K. (1991) Systematic, evolutionary, and ecological implications of myrmecophily
within the Lycaenidae (Insecta: Lepidoptera: Papilionoidea). Bonner Zoologische
Monographien 31: 1-210.
Fiedler, K. (1997) Life-history patterns of myrmecophilous butterflies and other insects:
their implications on tropical species diversity. In: Tropical diversity and systematics.
Proceedings of the international symposium on biodiversity and systematics in
tropical ecosystems, pp. 71-92 (Ulrich, H., Ed.). Museum Alexander Koenig, Bonn.
Fiedler, K. (1998) Lycaenid-ant interactions of the Maculinea type: tracing their historical
roots in a comparative framework. Journal of Insect Conservation 2: 3-14.
Fiedler, K. & Maschwitz, U. (1989) The symbiosis between the weaver ant, Oecophylla
smaragdina, and Anthene emolus, an obligate myrmecophilous lycaenid butterfly.
Journal of Natural History 23: 833-846.
Fielde, A.M. (1903) Artificial mixed nests of ants. Biological Bulletin 5: 320-325.
Finney, D.J. (1962) Probit analysis. A statistical treatment of the sigmoid response curve.
Cambridge University Press, Cambridge.
Floren, A. & Linsenmair, K.E. (1997) Diversity and recolonization dynamics of selected
arthropod groups on different tree species in a lowland rainforest in Sabah, Malaysia
with special reference to Formicidae. In: Canopy arthropods, pp. 344-381 (Stork,
N.E., Adis, J. & Didham, R.K., Eds.). Chapman & Hall, London.
Forel, A. (1898) La parabiose chez les fourmis. Bulletin de la Société Vaudoise de Sciences
Naturelles 34: 380-384.
Fouad, K., Libersat, F. & Rathmayer, W. (1994) The venom of the cockroach-hunting
wasp Ampulex compressa changes motor thresholds: a novel tools for studying the
neural control of arousal? Zoology 98: 23-34.
Fowler, H.G., de Medeiros, M.A. & Delabie, J.H.C. (1996) Carton nest allometry and
spatial patterning of the arboreal ant Azteca chartifex spiriti (Hymenoptera,
Formicidae). Revista Brasiliense de Entomologia 40: 337-339.
– 203 –
Franks, N., Blum, M.S., Smith, R.K. & Allies, A.B. (1990) Behavior and chemical disguise
of cuckoo ant Leptothorax kutteri in relation to its host Leptothorax acervorum.
Journal of Chemical Ecology 16: 1431-1444.
Freeland, J., Crozier, R.H. & Marc, J. (1982) On the occurence of arolia in ant feet.
Journal of the Australian Entomological Society 21: 257-262.
Freitas, A.V.L. & Oliveira, P.S. (1992) Biology and behavior of the neotropical butterfly
Eunica bechina (Nymphalidae) with special reference to larval defence against ant
predation. Journal of Research on the Lepidoptera 31: 1-11.
Fresneau, D. (1985) Individual foraging and path fidelity in a ponerine ant. Insectes Sociaux
32: 109-116.
Fresneau, D. (1994) Biologie et comportement social d'une fourmi ponérine néotropicale
(Pachycondyla apicalis). Thèse de Doctorat d'Etat, Université Paris Nord,
Villetaneuse.
Fresneau, D. & Errard, C. (1994) L'identité coloniale et sa "représentation" chez les
fourmis. Intellectica 19: 91-115.
Fresneau, D., Garcia-Pérez, J. & Jaisson, P. (1982) Evolution of polyethism in ants:
observational results and theories. In: Social insects in the tropics, volume 1, pp. 129155 (Jaisson, P., Ed.). Université Paris Nord, Paris.
Friedel, T. & Nentwig, W. (1989) Immobilizing and lethal effects of spider venoms on the
cockroach and the common mealbeetle. Toxicon 27: 305-316.
Fujiwara, S., Imai, J., Fujiwara, M., Yaeshima, T., Kawashima, T. & Kobayashi, K.
(1990) A potent antibacterial protein in royal jelly. Journal of Biological Chemistry
265: 11333-11337.
Gaume, L. & McKey, D. (1998)
Protection against herbivores of the myrmecophyte
Leonardoxa africana (Baill.) Aubrèv. T3 by its principal ant inhabitant
Aphomomyrmex afer Emery. Comptes Rendus de l'Académie des Sciences 321: 593601.
Gaume, L. & McKey, D. (1999) An ant-plant mutualism and its host-specific parasite:
activity rhythms, young leaf patrolling, and effects on herbivores of two specialist
plant-ants inhabiting the same myrmecophyte. Oikos 84: 130-144.
– 204 –
Gaume, L., McKey, D. & Anstett, M.C. (1997) Benefits conferred by "timid" ants: active
anti-herbivore protection of the rainforest tree Leonardoxa africana by the minute ant
Petalomyrmex phylax. Oecologia 112: 209-216.
Gaume, L., McKey, D. & Terrin, S. (1998) Ant-plant-homopteran mutualism: how the third
partner affects the interaction between a plant-specialist ant and its myrmecophyte
host. Proceedings of the Royal Society of London 265: 569-575.
Gobin, B., Peeters, C. & Billen, J. (1998a) Colony reproduction and arboreal life in the
ponerine ant Gnamptogenys menadensis (Hymenoptera: Formicidae). Netherlands
Journal of Zoology 48: 53-63.
Gobin, B., Peeters, C., Billen, J. & Morgan, E.D. (1998b) Interspecific trail following and
commensalism between the ponerine ant Gnamptogenys menadensis and the formicine
ant Polyrhachis rufipes. Journal of Insect Behavior 11: 361-369.
Gorb, S.N. (1996) Design if insect unguitractor apparatus. Journal of Morphology 230: 219230.
Gorb, S.N. (1998) The design of the fly adhesive pad: distal tenent setae are adapted to the
delivery of an adhesive secretion. Proceedings of the Royal Society of London 265:
747-752.
Grimaldi, D., Agosti, D. & Carpenter, J.M. (1997) New and rediscovered primitive ants
(Hymenoptera: Formicidae) in cretaceous amber from New Jersey, and their
phylogenetic relationships. American Museum Novitates 3208: 1-43.
Habersetzer, C. (1993) Cuticular spectra and inter-individual recognition in the slavemaking ant Polyergus rufescens and the slave species Formica rufibarbis.
Physiological Entomology 18: 167-175.
Habersetzer, C. & Bonavita-Cougourdan, A. (1993) Cuticular spectra in the slave-making
ant Polyergus rufescens and the slave species Formica rufibarbis. Physiological
Hallé, F. (1998) Distribution verticale des métabolites secondaires en forêt équatoriale - une
hypothèse. In: Biologie d'une canopée de forêt équatoriale - III. Rapport de la mission
d'exploration scientifique de la canopée de Guyane, octobre - décembre 1996, pp.
129-138 (Hallé, F., Pro-natura International & Opération Canopée, Eds.). Pro-natura
International & Opération canopée, Paris.
– 205 –
Hansen, S.R. (1978) Resource utilization and coexistence of three species of Pogonomyrmex
ants in an upper sonoran grassland community. Oecologia 35: 109-117.
Hashimoto, Y. (1991) Phylogenetic study of the family Formicidae based on the sensillum
structures on the antennae and labial palpi (Hymenoptera, Aculeata). Japanese Journal
of Entomology 59: 125-140.
Hashimoto, Y., Yamauchi, K. & Hasegawa, E. (1995)
Unique habits of stomodeal
trophallaxis in the ponerine ant Hypoponera sp. Insectes Sociaux 42: 137-144.
Haskins, C.P. & Haskins, E.F. (1950) Note on the method of colony foundation of the
ponerine ant Brachyponera (Ectoponera) lutea Mayr. Psyche 57: 1-9.
Hefetz, A. (1993) Hymenopteran exocrine secretions as a tool for chemosystematic analysis:
possibilities and constraints. Biochemical Systematics and Ecology 21: 163-169.
Hefetz, A. & Blum, M.S. (1978a) Biosynthesis and accumulation of formic acid in the
poison gland of the carpenter ant Camponotus pennsylvanicus. Science 201: 454-455.
Hefetz, A. & Blum, M.S. (1978b) Biosynthesis of formic acid by the poison gland of
formicine ants. Biochimica et Biophysica Acta 543: 484-496.
Hefetz, A., Errard, C. & Cojocaru, M. (1992)
Heterospecific substances in the
postpharyngeal gland secretion of ants reared in mixed groups. Naturwissenschaften
79: 417-420.
Heil, M., Fiala, B., Kaiser, W. & Linsenmair, K.E. (1998)
Chemical contents of
Macaranga food bodies: adaptations to their role in ant attraction and nutrition.
Functional Ecology 12: 117-122.
Heil, M., Fiala, B., Linsenmair, K.E., Zotz, G., Menke, P. & Maschwitz, U. (1997) Food
body production in Macaranga triloba (Euphorbiaceae): a plant investment in antiherbivore defence via symbiotic ant partners. Journal of Ecology 85: 847-861.
Henderson, G., Andersen, J.F., Phillips, J.K. & Jeanne, R.L. (1990) Internest aggression
and identification of possible nestmate discrimination pheromones in polygynous ant
Formica montana. Journal of Chemical Ecology 16: 22-28.
Hoffman, D.R. (1996) Hymenoptera venom proteins. In: Natural toxins II, pp. 169-186
(Singh, B.R. & Tu, A.T., Eds.). Plenum Press, New York.
– 206 –
Hölldobler, B. (1982) Communication, raiding behavior and prey storage in Cerapachys
(Hymenoptera: Formicidae). Psyche 89: 3-23.
Hölldobler, B. (1985) Liquid food transmission and antennation signals in ponerine ants.
Israel Journal of Entomology 19: 89-99.
Hölldobler, B., Braun, U., Gronenberg, W., Kirchner, W.H. & Peeters, C. (1994) Trail
communication in the ant Megaponera foetens (Fabr.) (Formicidae, Ponerinae).
Journal of Insect Physiology 40: 585-593.
Hölldobler, B. & Engel-Siegel, H. (1984) On the metapleural gland in ants. Psyche 91: 201224.
Hölldobler, B. & Lumdsen, C.J. (1980) Territorial strategies in ants. Science 210: 732-739.
Hölldobler, B. & Palmer, J.M. (1989a)
Footprint glands in Amblyopone australis
(Formicidae, Ponerinae). Psyche 96: 111-121.
Hölldobler, B. & Palmer, J.M. (1989b) A new tarsal gland in ants and the possible role in
chemical communication. Naturwissenschaften 76: 385-386.
Hölldobler, B. & Wilson, E.O. (1990) The ants. Springer-Verlag, Berlin.
Hölldobler, B. & Wilson, E.O. (1994) Journey to the ants. Belknap Press of the Harvard
University Press, Cambridge.
Houston, M.E., Kondejewski, L.H., Gough, M., Fidai, S., Hodges, R.S. & Hancock,
R.E.W. (1998) Influence of preformed α-helix and α-helix induction on the activity
of cationic antimicrobial peptides. Journal of Peptide Research 52: 81-88.
Howard, R.W., Akre, R.D. & Garnett, W.B. (1990) Chemical mimicry of an obligate
predator of carpenter ants (Hymenoptera: Formicidae). Annals of the Entomological
Society of America 83: 607-616.
Howse, P.E. (1975) Chemical defences of ants, termites and other insects: some outstanding
questions. In: Pheromones and defensive secretions in social insects, pp. 23-40
(Noirot, C., Howse, P.E. & Le Masne, G., Eds.). IUSSI, Dijon.
Hughes, L., Westoby, M. & Jurado, E. (1994) Convergence of elaiosomes and insect prey:
evidence from ant foraging behaviour and fatty acid composition. Functional Ecology
8: 358-365.
– 207 –
Huxley, C.R. (1991) Ants and plants: a diversity of interactions. In: Ant-plant interactions,
pp. 1-11 (Huxley, C.R. & Cutler, D.F., Eds.). Oxford University Press, Oxford.
Igarashi, B. & Fukuda, H. (1997) The life histories of Asian butterflies. Vol I. Tokai
University Press, Tokyo.
Ito, F. (1998) Colony composition and specialized predation on millipedes in the enigmatic
ponerine ant genus Probolomyrmex (Hymenoptera, Formicidae). Insectes Sociaux 45:
79-83.
Jaisson, P. (1980) Environmental preference induced experimentally in ants (Hymenoptera:
Formicidae). Nature 286: 388-389.
Jaisson, P. & Fresneau, D. (1978) Evolution sociale chez deux fourmis mexicaines. Film
16mm, S.F.R.S. - C.I.E.S. - Université Paris 13, Paris.
Janssen, E., Übler, E., Bauriegel, L., Kern, F., Bestmann, H.J., Attygalle, A.B., SteghausKovac, S. & Maschwitz, U. (1997) Trail pheromone of the ponerine ant Leptogenys
peuqueti (Hymenoptera: Formicidae): a multicomponent mixture of related
compounds pheromones. Naturwissenschaften 84: 122-125.
Janzen, D.H. (1966)
Coevolution of mutualism between ants and acacias in Central
America. Evolution 20: 249-275.
Janzen, D.H. (1972)
Protection of Barteria (Passifloraceae) by Pachysima ants
(Pseudomyrmecinae) in a Nigerian rain forest. Ecology 53: 885-892.
Janzen, D.H. (1973) Dissolution of mutualism between Cecropia ands its Azteca ants.
Jeanne, R.L. (1979) A latitudinal gradient in rates of ant predation. Ecology 60: 1221-1224.
Jeanne, R.L. & Keeping, M.G. (1995) Venom spraying in Parachartergus colobopterus: a
novel defensive behavior in a social wasp (Hymenoptera: Vespidae). Journal of Insect
Behavior 8: 433- 442.
Jessen, K. & Maschwitz, U. (1985) Individual specific trails in the ant Pachycondyla
tesserinoda (Formicidae, Ponerinae). Naturwissenschaften 72: 549-550.
Jessen, K. & Maschwitz, U. (1986) Orientation and recruitment behavior in the ponerine ant
Pachycondyla tesserinoda (Emery): laying of individual-specific trails during tandem
running. Behavioral Ecology and Sociobiology 19: 151-155.
– 208 –
Jolivet, P. (1996) Ants and plants, an example of coevolution. Backhuys Publishers, Leiden.
Jones, T.H., Blum, M.S., Andersen, A.N., Fales, H.M. & Escoubas, P. (1988) Novel 2ethyl-5-alkylpyrrolidines in the venom of an Australian ant of the genus Monomorium.
Jouvenaz, D.P., Blum, M.S. & MacConnell, J.G. (1972) Antimicrobial activity of venom
alkaloids from the imported fire ant, Solenopsis invicta Buren. Antimicrobial Agents
and Chemotherapy 2: 291-293.
Judd, S.P.D. & Collett, T.S. (1998) Multiple stored views and landmark guidance in ants.
Nature 392: 710-714.
Juvvadi, P., Vunnam, S. & Merrifield, R.B. (1996) Synthetic mellitin, its enantio, retro,
and retroenantio isomers, and selected chimeric analogs: their antibacterial, hemolytic,
and lipid bilayer action. Journal of the American Chemical Society 118: 8989-8997.
Kaib, M., Heinze, J. & Ortius, D. (1993) Cuticular hydrocarbon profiles in the slavemaking ant Harpagoxenus sublaevis and its hosts. Naturwissenschaften 80: 281-285.
Keller, L. (1998) Queen lifespan and colony characteristics in ants and termites. Insectes
Sociaux 45: 235-246.
Keller, L. & Genoud, M. (1997) Extraordinary lifespans in ants: a test of evolutionary
theories of ageing. Nature 339: 958-960.
Kempf, W.W. (1972)
Catalogo abreviado das formigas da regiao Neotropical (Hym.
Formicidae). Studia Entomologica 15: 3-344.
Kenne, M., Schatz, B., Durand, J.L. & Dejean, A. (1999) Hunting strategy of a generalist
ant species proposed as a biological control agent. Entomologia Experimentalis et
Applicata (sous presse).
Kleinfeldt, S.E. (1978)
Ant-gardens: the interaction of Codonanthe crassifolia
(Gesneriaceae) and Crematogaster longispina (Formicidae). Ecology 59: 449-456.
Kleinfeldt, S.E. (1986) Ant-gardens: mutual exploitation. In: Insects and the plant surface,
pp. 283-291 (Juniper, B. & Southwood, T.R.E., Eds.). Edward Arnold, Oxford.
Koptur, S. (1984) Experimental evidence for defence of Inga (Mimosoideae) saplings by
ants. Ecology 65: 1787-1793.
– 209 –
Koptur, S. (1991) Extrafloral nectaries of herbs and trees: modelling the interaction with
ants and parasitoids. In: Ant-plant interactions, pp. 213-230 (Huxley, C.R. & Cutler,
D.F., Eds.). Oxford University Press, Oxford.
Koptur, S., Rico-Gray, V. & Palacios-Rios, M. (1998) Ant protection of the nectaried fern
Polypodium plebeium in Central Mexico. American Journal of Botany 85: 736-739.
Krishnakumari, V. & Nagaraj, R. (1997)
Antimicrobial and hemolytic activities of
crabrolin, a 13-residue peptide from the venom of the European hornet, Vespa crabro,
and its analogs. Journal of Peptide Research 50: 88-93.
Lachaud, J.P. (1985)
Recruitment by selective activation: an archaic type of mass
recruitment in a ponerine ant (Ectatomma ruidum). Sociobiology 11: 133-142.
Lachaud, J.P. & Dejean, A. (1991a)
Etude critique de la fondation des colonies en
claustration totale chez les ponérines du genre Brachyponera. Actes Colloques
Insectes Sociaux 7: 59-66.
Lachaud, J.P. & Dejean, A. (1991b) Food sharing in Odontomachus troglodytes (Santschi):
a behavioral intermediate stage in the evolution of social food exchange in ants.
Anales de Biologia 17: 53-61.
Lachaud, J.P. & Dejean, A. (1994) Predatory behavior of a seed-eating ant: Brachyponera
senaarensis. Entomologia Experimentalis et Applicata 72: 145-155.
LaSalle, J. & Gauld, I.D. (1993) Hymenoptera: their diversity, and their impact on the
diversity of other organisms. In: Hymenoptera and biodiversity, pp. 1-26 (LaSalle, J.
& Gauld, I., Eds.). CAB International, Wallingford, UK.
Lawton, J.H., Bignell, D.E., Bolton, B., Bloemers, G.F., Eggleton, P., Hammond, P.M.,
Hodda, M., Holt, R.D., Larsen, T.B., Mawdsley, N.A., Stork, N.E., Srivastava,
D.S. & Watt, A.D. (1998) Biodiversity inventories, indicator taxa and effect of
habitat modification in tropical forest. Nature 391: 72-76.
Leal, I.R. & Oliveira, P.S. (1995) Behavioral ecology of the Neotropical termite-hunting ant
Pachycondyla (= Termitopone) marginata: colony fouding, group-raiding and
migratory patterns. Behavioral Ecology and Sociobiology 37: 373-383.
Leluk, J., Schmidt, J. & Jones, D. (1989) Comparative studies on the protein composition
of hymenopteran venom reservoirs. Toxicon 27: 105-114.
– 210 –
Lenoir, A., Malosse, C. & Yamaoka, R. (1997) Chemical mimicry between parasitic ants of
the genus Formicoxenus and their host Myrmica (Hymenoptera, Formicidae).
Biochemical Systematics and Ecology 25: 379-389.
Leston, D. (1973) The ant mosaic - Tropical tree crops and the limiting of pests and diseases.
Pest articles and News Summaries 19: 311-341.
Leston, D. (1978)
A Neotropical ant mosaic. Annals of the Entomological Society of
America 71: 649-653.
Letourneau, D.K. (1991) Parasitism of ant-plant mutualisms and the novel case of Piper. In:
Ant-plant interactions, pp. 390-396 (Huxley, C.R. & Cutler, D.F., Eds.). Oxford
University Press, Oxford.
Lévieux, J. (1976a) Etude de la structure du nid de quelques espèces terricoles de fourmis
tropicales. Annales de l'Université d'Abidjan 12: 23-33.
Lévieux, J. (1976b)
La nutrition des fourmis tropicales IV. Cycle d'activité et régime
alimentaire de Platythyrea conradti Emery (Hymenoptera Formicidae, Ponerinae).
Annales de l'Université d'Abidjan 9: 353-365.
Lévieux, J. (1976c) La structure du nid de quelques fourmis arboricoles d'Afrique tropicale.
Annales de l'Université d'Abidjan 12: 5-22.
Lévieux, J. & Diomandé, T. (1978) La nutrition des fourmis granivores II. Cycle d'activité
et régime alimentaire de Brachyponera senaarensis (Mayr) (Hymenoptera
Formicidae). Insectes Sociaux 25: 187-196.
Liebig, J., Heinze, J. & Hölldobler, B. (1997) Trophallaxis and aggression in the ponerine
ant, Ponera coarctata: implications for the evolution of liquid food exchange in the
Hymenoptera. Ethology 103: 707-722.
Longhurst, C. & Howse, P.E. (1979) Foraging, recruitment and emigration in Megaponera
foetens (fab.) (Hymenoptera: Formicidae) from the Nigerian Guinea savanna. Insectes
Sociaux 26: 204-215.
Longino, J.T. (1986) Ants provide substrate for epiphytes. Selbyana 9: 100-103.
Longino, J.T. (1991)
Azteca ants in Cecropia trees: taxonomy, colony structure, and
behaviour. In: Ant-plant interactions, pp. 271-288 (Huxley, C.R. & Cutler, D.F., Eds.).
Oxford University Press, Oxford.
– 211 –
Longino, J.T. & Nadkarni, N.M. (1990) A comparison of ground and canopy leaf litter ants
(Hymenoptera: Formicidae) in a Neotropical montane forest. Psyche 97: 81-93.
Lowenberger, C., Charlet, M., Vizioli, J., Kamal, S., Richman, A., Christensen, B.M. &
Bulet, P. (1999)
Antimicrobial activity spectrum, cDNA cloning, and mRNA
expression of a newly isolated member of the cecropin family from the mosquito
vector Aedes aegypti. Journal of Biological Chemistry (sous presse).
Lu, K.L. & Mesler, M.R. (1981) Ant dispersal of a neotropical forest floor gesneriad.
Lubin, Y.D. (1984) Changes in the native fauna of the Galapagos Islands following invasion
by the little fire ant, Wasmannia auropunctata. Biological Journal of the Linnean
Society 21: 229-242.
Lucas, C., Fresneau, D., Pho, D.B., Kolmer, K., Heinze, J. & Jallon, J.M. (1999)
Chemical characterisation in Pachycondyla villosa group: is there only one species?
In: Colloque de l'Union Internationale pour l'Etude des Insectes Sociaux, Section
Française, pp. 39. Tours.
Macedo, M. & Prance, G.T. (1978) Notes on the vegetation of Amazonia II. The dispersal
of plants in Amazonian white sand campinas: the campinas as functional islands.
Brittonia 30: 203-215.
Mackay, D.A. & Whalen, M.A. (1991) Some associations between ants and euphorbs in
tropical Australasia. In: Ant-plant interactions, pp. 238-249 (Huxley, C.R. & Cutler,
D.F., Eds.). Oxford University Press, Oxford.
Mackintosh, J.A., Trimble, J.E., Jones, M.K., Karuso, P.H., Beattie, A.J. & Veal, D.A.
(1995) Antimicrobial mode of action of secretions from the metapleural gland of
Myrmecia gulosa (australian bull ant). Canadian Journal of Microbiology 41: 136-144.
Madison, M. (1977) Vascular epiphytes: their systematic occurence and salient features.
Selbyana 2: 1-13.
Madison, M. (1979) Additional observations on ant-gardens in Amazonas. Selbyana 5: 107115.
Majer, J.D. (1972)
The ant mosaic in Ghana cocoa farms. Bulletin of Entomological
Research 62: 151-160.
– 212 –
Majer, J.D. (1976) The maintenance of the ant mosaic in Ghana cocoa farms. Journal of
Applied Ecology 13: 123-144.
Majer, J.D. (1990) The abundance and diversity of arboreal ants in Northern Australia.
Majer, J.D. (1993) Comparison of the arboreal ants mosaic in Ghana, Brazil, Papua New
Guinea and Australia - Its structure and influence of ant diversity. In: Hymenoptera
and biodiversity, pp. 115-141 (LaSalle, J. & Gauld, I., Eds.). CAB International,
Wallingford.
Majer, J.D. & Camer-Pesci, P. (1991) Ant species in tropical Australian tree crops and
native ecosystems - Is there a mosaic? Biotropica 23: 173-181.
Majer, J.D., Delabie, J.H.C. & Smith, M.R.B. (1994) Arboreal ant community patterns in
Brazilian cocoa farms. Biotropica 26: 73-83.
Malyshev, S.I. (1968)
Genesis of the Hymenoptera and the phase of their evolution.
Methuen & Co., London.
Mann, W.M. (1912) Parabiosis in Brazilian ants. Psyche 19: 36-41.
Manzoli-Palma, M.F., Gobbi, N. & Palma, M.S. (1998)
Alarm pheromones and the
influence of pupal odor on the aggressiveness of Polybia paulista (Ihering)
(Hymenoptera; Vespidae). Journal of Venomous Animal and Toxins 4: 61-69.
Mark, S. & Olesen, J.M. (1996) Importance of elaiosome size to removal of ant-dispersed
seeds. Oecologia 107: 95-101.
Maschwitz,
U.
(1974)
Vergleichende
untersuchen
zur
funktion
des
ameisenmetathorakaldrüse. Oecologia 16: 303-310.
Maschwitz, U., Hahn, M. & Schönegge, P. (1979) Paralysis of prey in ponerine ants.
Naturwissenschaften 66: 213-214.
Maschwitz, U., Jessen, K. & Maschwitz, E. (1981) Foaming in Pachycondyla: a new
defense mechanism in ants. Behavioral Ecology and Sociobiology 9: 79-81.
Maschwitz, U., Koob, K. & Schildknecht, H. (1970)
Ein beitrag zur funktion des
metapleuraldrüse der ameisen. Journal of Insect Physiology 16: 387-404.
Maschwitz, U., Schroth, M., Hänel, H. & Pong, T.Y. (1984)
symbiotic plant-ant partnerships. Oecologia 64: 78-80.
– 213 –
Lycaenids parasitizing
Matsuzaki, K. (1997)
Molecular action mechanisms and membrane recognition of
membrane-acting antimicrobial peptides. Yagugaku Zasshi 117: 253-264.
Mayade, S., Cammaerts, M.C. & Suzzoni, J.P. (1993) Home-range marking and territorial
marking in Cataglyphis cursor (Hymenoptera, Formicidae). Behavioural Processes 30:
131-142.
McIntosh, J.M., Santos, A.D. & Olivera, B.M. (1999) Conus peptides targeted to specific
nicotinic acetylcholine receptor subtypes. Annual Review of Biochemistry 68: 59-88.
McKey, D., Gaume, L. & Dalecky, A. (1999) Les symbioses entre plantes et fourmis
arboricoles. L'Année Biologique 38: 169-194.
Mebs, D. & Ownby, C.L. (1990) Myotoxic components of snake venoms: their biochemical
and biological activities. Pharmacological Therapy 48: 223-236.
Mercier, J.L. (1999) Territorialité et agressivité intraet interspécifique dans les mosaïques
de fourmis arboricoles. L'Année Biologique 38: 149-168.
Merlin, P., Braeckman, J.C., Daloze, D. & Pasteels, J.M. (1988) Tetraponerines, toxic
alkaloids in the venom of the neo-guinean pseudomyrmecine ant Teraponera sp.
Merlin, P., Braeckman, J.C., Daloze, D., Pasteels, J.M. & Dejean, A. (1992) New C26 δlactones from the Dufour's gland of the urticating ant Tetramorium aculeatum.
Experientia 48: 111-113.
Meunier, L., Dalecky, A., Berticat, L., Gaume, L. & McKey, D. (1999) Worker size
variation and the evolution of an ant-plant mutualism: comparative morphometrics of
workers of two closely related plant-ants, Petalomyrmex phylax and Aphonomyrmex
afer (Formicidae). Insectes Sociaux 46: 171-178.
Mintzer, A. & Vinson, S.B. (1985) Kinship and incompatibility between colonies of the
acacia ant Pseudomyrmex ferruginea. Behavioral Ecology and Sociobiology 17: 7578.
Moffett, M.W. (1986)
Trap-jaw predation and other observations on two species of
Myrmoteras (Hymenoptera: Formicidae). Insectes Sociaux 33: 85-99.
– 214 –
Moog, J., Drude, T. & Maschwitz, U. (1998)
Protective function of the plant-ant
Cladomyrma maschwitzi to its host, Crypteronia griffithii, and the dissolution of the
mutualism (Hymenoptera: Formicidae). Sociobiology 31: 105-130.
Moore, H.E. (1973) A synopsis of the genus Codonanthe (Gesneriaceae). Baileya 19: 4-33.
Mor, A. & Nicolas, P. (1994) Isolation and structure of novel defensive peptides from frog
skin. European Journal of Biochemistry 2: 145-154.
Morgan, E.D. (1992) The chemical diversity of ants: is there system in diversity? In: Biology
and evolution of social insects, pp. 183-194 (Billen, J., Ed.). Leuven University Press,
Leuven.
Mulfinger, L., Yunginger, J., Styer, W., Guralnick, M. & Lintner, T. (1992) Sting
morphology and frequency of sting autotomy among medically important vespids
(Hymenoptera: Vespidae) and the honey bee (Hymenoptera: Apidae). Journal of
Medical Entomology 29: 325-328.
Nentwig, W., Friedel, T. & Manhart, C. (1992) Comparative investigations on the effect of
the venoms of 18 spider species onto the cockroach Blatta orientalis (Blattodea).
Zoologische Jahrbucher für Physiologie 96: 279-290.
Nolde, D.E., Sobol, A.G., Pluzhnikov, K.A., Grishin, E.V. & Arseniev, A.S. (1995) Threedimensional structure of ectatomin from Ectatomma tuberculatum ant venom. Journal
of biomolecular NMR 5: 1-13.
Nowbahari, E., Lenoir, A., Clément, J.L., Lange, C., Bagnères, A.G. & Joulie, C. (1990)
Individual, geographical and experimental variation of cuticular hydrocarbons of the
ant Cataglyphis cursor (Hymenoptera: Formicidae): their use in nest and subspecies
recognition. Biochemical Systematics and Ecology 18: 63-73.
O'Connor, R. & Peck, M.L. (1978) Venoms of Apidae. In: Arthropod venoms, pp. 613-659
(Bettini, S., Ed.). Springer-Verlag, Berlin.
Ogata, K. (1991) Ants of the genus Myrmecia Fabricius: a review of the species group and
their phylogenetic relationships (Hymenoptera: Formicidae: Myrmeciinae). Systematic
Oliveira, P.S. (1997) The ecological function of extrafloral nectaries: herbivore deterrence
by visiting ants and reproductive output in Caryocar glabrum (Caryocaraceae).
Functional Ecology 11: 323-330.
– 215 –
Oliveira, P.S. & Brandão, C.R.F. (1991) The ant community associated with extrafloral
nectaries in the Brazilian cerrados. In: Ant-plant interactions, pp. 198-212 (Huxley,
C.R. & Cutler, D.F., Eds.). Oxford University Press, Oxford.
Oliveira, P.S., Klitzke, C. & Vieira, E. (1995) The ant fauna associated with the extrafloral
nectaries of Ouratea hexasperma (Ochnaceae) in an area of cerrado vegetation in
central Brazil. Entomologist's Monthly Magazine 131: 77-82.
Olson, D.M. & Ward, P.S. (1996) The ant fauna (Hymenoptera: Formicidae) of Kirindy
forest (tropical dry forest) in Western Madagascar. In: Ecology and economy of a
tropical dry forest in Madagascar, pp. 161-164 (Ganzhorn, J.U. & Sorg, J.P., Eds.).
German Primate Center, Göttingen.
Oren, Z. & Shai, Y. (1997)
Selective lysis of bacteria but not mammalian cells by
diastereomers of melittin: structure-function study. Biochemistry 36: 1826-1835.
Oren, Z. & Shai, Y. (1998) Mode of action of linear amphipathic α-helical antimicrobial
peptides. Biopolymers 47: 451-463.
Orivel, J. & Dejean, A. (1999a) L'adaptation à la vie arboricole chez les fourmis. L'Année
Biologique 38: 131-148.
Orivel, J. & Dejean, A. (1999b) Selection of epiphyte seed by ant-garden ants. Ecoscience
6: 51-55.
Orivel, J., Dejean, A., Corbara, B., Delabie, J.H.C. & Teillier, L. (1998a) La mosaïque
des fourmis arboricoles. In: Biologie d'une canopée de forêt équatoriale - III. Rapport
de la mission d'exploration scientifique de la canopée de Guyane, octobre - décembre
1996, pp. 140-153 (Hallé, F., Pro-natura International & Opération Canopée, Eds.).
Pro-natura International & Opération canopée, Paris.
Orivel, J., Dejean, A. & Errard, C. (1998b) Active role of two ponerine ants in the
elaboration of ant gardens. Biotropica 30: 487-491.
Orivel, J., Errard, C. & Dejean, A. (1996) La parabiose dans les jardins de fourmis. Actes
Colloques Insectes Sociaux 10: 11-20.
Orivel, J., Errard, C. & Dejean, A. (1997)
Ant gardens: interspecific recognition in
parabiotic ant species. Behavioral Ecology and Sociobiology 40: 87-93.
– 216 –
Orivel, J., Souchal, A., Cerdan, P. & Dejean, A. (2000) Predatory behavior of the arboreal
ponerine ant, Pachycondyla goeldii (Hymenoptera: Formicidae). Sociobiology (sous
presse).
Park, J.M., Jung, J.E. & Lee, B.L. (1994) Antimicrobial peptides from the skin of a Korean
frog, Rana rugosa. Biochemical and Biophysical Research Communications 205: 948954.
Passera, L. (1994) Characteristics of tramp species. In: Exotic ants, pp. 23-43 (Williams,
D.F., Ed.). Westview Press, Oxford.
Peeters, C. (1997)
Morphologically "primitive" ants: comparative review of social
characters, and the importance of queen-worker dimorphism. In: The evolution of
social behaviour in insects and arachnids, pp. 372-391 (Choe, J.C. & Crespi, B.J.,
Eds.). Cambridge University Press, Cambridge.
Peeters, C., Hölldobler, B., Moffet, M. & Musthak Ali, T.M. (1994) "Wall-papering" and
elaborate nest architecture in the ponerine ant Harpegnathos saltator. Insectes Sociaux
41: 211-218.
Peeters, C.P. & Crewe, R.M. (1987) Foraging and recruitment in ponerine ants: solitary
hunting in the queenless Ophtalmopone berthoudi (Hymenoptera: Formicidae). Psyche
94: 201-213.
Pemberton, R.W. (1998) The occurence and abundance of plants with extrafloral nectaries,
the basis for antiherbivore defensive mutualisms, along a latitudinal gradient in east
Asia. Journal of Biogeography 25: 661-668.
Piek, T. (1981) Arthropod venoms as tools for the study of neuromuscular transmission.
Comparative Biochemistry and Physiology 68: 75-84.
Piek, T. (1991) Neurotoxic kinins from wasp and ant venoms. Toxicon 29: 139-149.
Piek, T. (1992) A toxinological argument in favour of the close relationship of Vespidae,
Scoliidae, Tiphiidae, Mutillidae and Formicidae (Hymenoptera). Proceedings of the
Section Experimental and Applied Entomology, N.E.V. Amsterdam 3: 99-104.
Piek, T. (1993) New neurotoxins from venoms of Aculeate Hymenoptera: a contribution to
the knowledge of stinging behaviour. Journal of Hymenoptera Research 2: 101-105.
– 217 –
Piek, T., Duval, A., Hue, B., Karst, H., Lapied, B., Mantel, P., Nakajima, T., Pelhate, M.
& Schmidt, J.O. (1991a) Poneratoxin, a novel peptide neurotoxin from the venom of
the ant, Paraponera clavata. Comparative Biochemistry and Physiology 99: 487-495.
Piek, T., Hue, B., Lind, A., Mantel, P., Van Marle, J. & Visser, J.H. (1989) The venom of
Ampulex compressa - Effects on behaviour and synaptic transmission of cockroaches.
Comparative Biochemistry and Physiology 92: 175-183.
Piek, T., Hue, B., Mantel, P., Nakajima, T. & Schmidt, J.O. (1991b) Pharmacological
characterization and chemical fractionation of the venom of the ponerine ant,
Paraponera clavata (F.). Comparative Biochemistry and Physiology 99: 481-486.
Piek, T. & Spanjer, W. (1986) Chemistry and pharmacology of solitary wasp venoms. In:
Venoms of the Hymenoptera. Biochemical, pharmacological and behavioural aspects,
pp. 161-307 (Piek, T., Ed.). Academic Press, London.
Pierce, N.E., Nash, D.R., Baylis, M. & Carper, E.R. (1991) Variation in the attractiveness
of lycaenid butterfly larvae to ants. In: Ant-plant interactions, pp. 131-142 (Huxley,
C.R. & Cutler, D.F., Eds.). Oxford University Press, Oxford.
Pratt, S.C. (1994) Ecology and behavior of Gnamptogenys horni (Formicidae: Ponerinae).
Insectes Sociaux 41: 255-262.
Quistad, G.B., Dennis, P.A. & Skinner, W.S. (1992)
Insecticidal activity of spider
(Araneae), centipede (Chilopoda), scorpion (Scopionida), and snake (Serpentes)
venoms. Journal of Economic Entomology 85: 33-39.
Rasa, O.A.E. (1994) Parabiosis and its proximate mechanisms in four Kalahari desert
Tenebrionid beetles. Ethology 98: 137-148.
Rashbrook, V.K., Compton, S.G. & Lawton, J.H. (1991) Bracken and ants: why is there
no mutualism? In: Ant-plant interactions, pp. 231-237 (Huxley, C.R. & Cutler, D.F.,
Rathmayer, W. (1978) Venoms of Sphecidae, Pompilidae, Mutilidae, and Bethylidae. In:
Arthropod venoms, pp. 661-690 (Bettini, S., Ed.). Springer-Verlag, Berlin.
Renner, S.S. & Ricklefs, R.E. (1998) Herbicidal activity of domatia-inhabiting ants in
patches of Tococa guianensis and Clidemia heterophylla. Biotropica 30: 324-327.
Rice, W.R. (1989) Analyzing tables of statistical tests. Evolution 43: 223-225.
– 218 –
Richards, P.W. (1983) The three-dimensional structure of tropical rainforest. In: Tropical
rain forest: ecology and management, special publication number 2 of the British
ecological society, pp. 3-10 (Sutton, S.L., Whitmore, T.C. & Chadwick, A.C., Eds.).
Blackwell Scientific Publications, Oxford.
Rickson, F.R. & Rickson, M.M. (1998)
The cashew nut, Anacardium occidentale
(Anacardiaceae), and its perennial association with ants: extrafloral nectaries location
and the potential for ant defense. American Journal of Botany 85: 835-849.
Roces, F. & Gnatzy, W. (1997) Reduced metabolic rate in crickets paralysed by a digger
wasp. Naturwissenschaften 84: 362-366.
Rodgerson, L. (1998) Mechanical defense in seeds adapted for ant dispersal. Ecology 79:
1669-1677.
Room, P.M. (1971) The relative distributions of ant species in Ghana's cocoa farms. Journal
of Animal Ecology 40: 735-751.
Rosengaus, R.B., Guldin, M.R. & Traniello, J.F.A. (1998) Inhibitory effect of termite fecal
pellets on fungal spore germination. Journal of Chemical Ecology 24: 1697-1706.
Rouanet, H., Le Roux, B. & Bert, M.C. (1987)
Statistique en sciences humaines :
procédures naturelles. Dunod, Paris.
Rust, J. & Moller Andersen, N. (1999) Giant ants from the Paleogene of Denmark with a
discussion of the fossil history and early evolution of ants (Hymenoptera: Formicidae).
Zoological Journal of the Linnean Society 125: 331-348.
Schatz, B. (1997) Modalités de la recherche et de la récolte alimentaire chez la fourmis
Ectatomma ruidum Roger : flexibilité individuelle et collective. Thèse de doctorat,
Université Paul Sabatier, Toulouse.
Schatz, B., Chameron, S., Beugnon, G. & Collett, T.S. (1999a) The use of path integration
to guide route learning in ants. Nature 399: 769-772.
Schatz, B., Lachaud, J.P. & Beugnon, G. (1997) Graded recruitment and hunting strategies
linked to prey weight and size in the ponerine ant Ectatomma ruidum. Behavioral
Ecology and Sociobiology 40: 337-349.
– 219 –
Schatz, B., Orivel, J., Lachaud, J.P., Beugnon, G. & Dejean, A. (1999b)
Sitemate
recognition: the case of Anochetus traerghordhi (Hymenoptera; Formicidae) preying
on Nasutitermes. Sociobiology 34: 569-580.
Schemske, D.W. (1982) Ecological correlates of a Neotropical mutualism: ant assemblages
at Costus extrafloral nectaries. Ecology 63: 932-941.
Schmidt, J.O. (1982) Biochemistry of insect venoms. Annual Reviews of Entomology 27:
339-68.
Schmidt, J.O. (1986) Chemistry, pharmacology, and chemical ecology of ant venoms. In:
Venoms of the Hymenoptera. Biochemical, pharmacological and behavioural aspects,
pp. 425-508 (Piek, T., Ed.). Academic Press, London.
Schmidt, J.O. (1995) Toxinology of venoms from the honey bee genus Apis. Toxicon 33:
917-927.
Schmidt, J.O. (1996)
Bee products. Chemical composition and application. In: Bee
Products, pp. 15-26 (Mizrahi & Lensky, Eds.). Plenum Press, New York.
Schmidt, J.O. (1998) Pogonomyrmex ants: is possession of the world's most lethal arthropod
venom a genus-wide trait? In: Social insects at the turn of the Millenium, pp. 425
(Schwarz, M.P. & Hodendoorm, K., Eds.). Flinders University Press, Adelaide.
Schmidt, J.O. & Blum, M.S. (1978a) The biochemical constituents of the venom of the
harvester ant, Pogonomyrmex badius. Comparative Biochemistry and Physiology 61:
239-247.
Schmidt, J.O. & Blum, M.S. (1978b) A harvester ant venom: chemistry and pharmacology.
Science 200: 1064-1066.
Schmidt, J.O. & Blum, M.S. (1978c) Pharmacological and toxicological properties of
harvester ant, Pogonomyrmex badius, venom. Toxicon 16: 645-651.
Schmidt, J.O., Blum, M.S. & Overal, W.L. (1980) Comparative lethality of venoms from
stinging hymenoptera. Toxicon 18: 469-474.
Schmidt, J.O., Blum, M.S. & Overal, W.L. (1984) Hemolytic activities of stinging insect
venoms. Archives of Insect Biochemistry and Physiology 1: 155-160.
Schmidt, J.O., Blum, M.S. & Overal, W.L. (1986) Comparative enzymology of venoms
from stinging hymenoptera. Toxicon 24: 907-921.
– 220 –
Schmidt, J.O., Morgan, E.D., Oldham, N.J., Do Nascimento, R.R. & Dani, F.R. (1997)
(Z)-11-eicosen-1-ol, a major component of Apis cerana venom. Journal of Chemical
Ecology 23: 1929-1939.
Schröder, F., Franke, S., Francke, W., Baumann, H., Kaib, M., Pasteels, J.M. & Daloze,
D. (1996) A new family of tricyclic alkaloids from Myrmicaria ants. Tetrahedron 52:
13539-13546.
Seidel, J.L., Epstein, W.W. & Davidson, D.W. (1990) Neotropical ant gardens I. Chemical
Constituents. Journal of Chemical Ecology 16: 1791-1816.
Sevcik, C. & Hernandez, C.J. (1990) Some findings from the venom of the giant ant,
Paraponera clavata. In: Applied myrmecology, a world pespective, pp. 461-471
(Vander Meer, R.K., Jaffe, K. & Cedeno, A., Eds.). Westview Press, Boulder.
Shulov, A. & Levy, G. (1978) Venoms of Buthinae. Systematics and biology of Buthinae.
In: Arthropod venoms, pp. 309-312 (Bettini, S., Ed.). Springer-Verlag, Berlin.
Simmaco, M., Mignogna, G. & Barra, D. (1998) Antimicrobial peptides from amphibian
skin: what do they tell us? Biopolymers 47: 435-450.
Sledge, M.F., Dani, F.R., Fortunato, A., Maschwitz, U., Clarke, S.R., Francescato, E.,
Hashim, R., Morgan, E.D., Jones, G.R. & Turillazzi, S. (1999) Venom induces
alarm behaviour in the social wasp Polybioides raphigastra (Hymenoptera: Vespidae):
an investigation of alarm behaviour, venom volatiles and sting autotomy.
Physiological Entomology 24: 234-239.
Snodgrass, R.E. (1956) Anatomy of the honey bee. Cornell University Press, London.
Soroker, V., Vienne, C., Hefetz, A. & Nowbahari, E. (1994) The postpharyngeal gland as a
"Gestalt"
organ
for
nestmate
recognition
in
the
ant
Cataglyphis
niger.
Naturwissenschaften 81: 510-513.
Stankiewicz, M., Hamon, A., Benkalifa, R., Kadziela, W., Hue, B., Lucas, S., Mebs, D. &
Pelhate, M. (1999) Effects of a centipede venom fraction on insect nervous system, a
native Xenopus oocyte receptor and on an expressed Drosophila muscarinic receptor.
Toxicon 37: 1431-1445.
Stanton, M.L., Palmer, T.M., Young, T.P., Evans, A. & Turner, M.L. (1999) Sterilization
and canopy modification of a swollen thorn acacia tree by a plant-ant. Nature 401:
578-581.
– 221 –
Starr, C.K. (1981) Trail-sharing by two species of Polyrhachis (Hymenoptera: Formicidae).
Philippine Entomologist 5: 5-8.
Stork, N.E. (1987) Guild structure of arthropods from Bornean rain forest trees. Ecological
Stork, N.E. (1991) The composition of the arthropod fauna of Bornean lowland rain forest
trees. Journal of Tropical Ecology 7: 161-180.
Suarez, A.V., De Moraes, C. & Ippolito, A. (1998) Defense of Acacia collinsii by an
obligate and nonobligate ant species: the signifiance of encroaching vegetation.
Sun, D., Eccleston, E.D. & Fallon, A.M. (1998) Peptide sequence of an antibiotic cecropin
from the vector mosquito, Aedes albopictus. Biochemical and Biophysical Research
Communications 249: 410-415.
Swain, R.B. (1980) Trophic competition among parabiotic ants. Insectes Sociaux 27: 377390.
Taylor, R.W. (1978) Nothomyrmecia macrops: a living-fossil ant rediscovered. Science 201:
979-985.
Bracken fern (Pteridium aquilinum) and nectar-feeding ants: a
Tempel, A.S. (1983)
nonmutualistic interaction. Ecology 64: 1411-1422.
Tennant, L.E. (1994)
The ecology of Wasmannia auropunctata in primary tropical
rainforest in Costa Rica and Panama. In: Exotic ants, pp. 80-90 (Williams, D.F., Ed.).
Westview Press, Oxford.
Tobin, J.E. (1991)
A Neotropical rainforest canopy, ant community: some ecological
considerations. In: Ant-plant interactions, pp. 536-538 (Huxley, C.R. & Cutler, D.F.,
Tobin, J.E. (1994) Ants as primary consumers: diet and abundance in the Formicidae. In:
Nourishment and evolution in insect societies, pp. 279-308 (Hunt, J.H. & Nalepa,
C.A., Eds.). Westview Press/Oxford & IBH Publishing, Oxford.
Treseder, K.K., Davidson, D.W. & Ehleringer, J.R. (1995) Absorption of ant-provided
carbon dioxide and nitrogen by a tropical epiphyte. Nature 375: 137-139.
– 222 –
Tschinkel, W.R. & Hess, C.A. (1999) Arboreal ant community of a pine forest in Northern
Florida. Annals of the Entomological Society of America 92: 63-70.
Ule, E. (1901) Ameisengärten in amazonasgebiet. Engler's Botanisches Jahrbucher 30: 4552.
Ule, E. (1905) Wechselbeziehungen zwischen ameisen und pflanzen. Flora 94: 491-497.
Ule, E. (1906) Ameinsenpflanzen. Engler's Botanisches Jahrbucher 37: 335-352.
Valenzuela-Gonzalez, J., Lopez-Mendez, A. & Garcia-Ballinas, A. (1994)
Ciclo de
actividad y aprovisionamiento de Pachycondyla villosa (Hymenoptera, Formicidae) en
agroecosistemas cacaoteros del soconusco, Chiapas, Mexico. Folia Entomologia
Mexicana 91: 9-21.
Valenzuela-Gonzalez, J., Lopez-Mendez, A. & Lachaud, J.P. (1995) Activity patterns and
foraging activity in nests of Ectatomma tuberculatum (Hymenoptera: Formicidae) in
cacao plantations. Southwestern Entomologist 20: 207-515.
Vander Meer, R.K. & Morel, L. (1998) Nestmate recognition in ants. In: Pheromone
communication in social insects. Ants, wasps, bees, and termites., pp. 79-103 (Vander
Meer, R.K., Breed, M.D., Winston, M.L. & Espelie, K.E., Eds.). Westview Press,
Boulder.
Vander Meer, R.K. & Wojcik, D.P. (1982) Chemical mimicry in the myrmecophilous
beetle Myrmecaphodius excavaticollis. Science 218: 806-808.
Vasconcelos, H.L. (1991) Mutualism between Maieta guianensis Aubl., a myrmecophytic
melastome, and one of its inhabitants: ant protection against insect herbivores.
Oecologia 87: 295-298.
Veal, D.A., Trimble, J.E. & Beattie, A.J. (1992) Antimicrobial properties of secretions
from the metapleural glands of Myrmecia gulosa (the Australian bull ant). Journal of
Applied Bacteriology 72: 188-194.
Verhaagh, M. (1994) Pachycondyla luteola (Hymenoptera, Formicidae), an inhabitant of
Cecropia trees in Peru. Andrias 13: 215-224.
Vienne, C. (1993) Organisation sociale et reconnaissance interindividuelle dans les colonies
mixtes artificielles de fourmis. Thèse de doctorat, Université Paris Nord, Villetaneuse.
– 223 –
Vienne, C., Soroker, V. & Hefetz, A. (1995) Congruency of hydrocarbon patterns in
heterospecific groups of ants: transfer and/or biosynthesis? Insectes Sociaux 42: 267277.
Völkl, W., Woodring, J., Fisher, M., Lorenz, M.W. & Hoffmann, K.H. (1999) Ant-aphid
mutualisms: the impact of honeydew production and honeydew sugar composition on
ant preferences. Oecologia 118: 483-491.
Wagner, D. & Kurina, L. (1997) The influence of ants and water availability on oviposition
behaviour and survivorship of facultatively ant-tended herbivore. Ecological
Ward, J.H. (1963) Hierarchical grouping to optimize an objective function. Journal of the
American Statistical Association 58: 236-244.
Ward, J.H. & Hook, M.E. (1963) Application of a hierarchical grouping procedure to a
problem of grouping profiles. Educational Psychology Measurement 23: 14-32.
Ward, P.S. (1994)
Adetomyrma, an enigmatic new ant genus from Madagascar
(Hymenoptera: Formicidae), and its implications for ant phylogeny. Systematic
Way, M.J. & Bolton, B. (1997) Competition between ants for coconut palm nesting sites.
Journal of Natural History 31: 439-455.
Weber, N.A. (1943) Parabiosis in neotropical "ant gardens". Ecology 24: 400-404.
Weseloh, R.M. (1995)
Ant traffic on different tree species in Connecticut. Canadian
Entomologist 127: 569-575.
Westoby, M., Hughes, L. & Rice, B.L. (1991) Seed dispersal by ants; comparing infertile
with fertile soils. In: Ant-plant interactions, pp. 435-447 (Huxley, C.R. & Cutler, D.F.,
Wheeler, W.M. (1910) Ants. Columbia University Press, New York.
Wheeler, W.M. (1921) A new case of parabiosis and the "ant gardens" of British Guiana.
Ecology 2: 89-103.
Wheeler, W.M. (1936)
Ecological relations of ponerine and other ants to termites.
Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences 71: 159-243.
– 224 –
Wheeler, W.M. & Bailey, I.W. (1920) The feedings habits of pseudomyrmine and other
ants. Transactions of the American Philosophical Society 22: 235-279.
Wilson, E.O. (1965) Trail sharing in ants. Psyche 72: 2-7.
Wilson, E.O. (1987) The arboreal ant fauna of Peruvian Amazon forests: a first assessment.
Witte, V., Hänel, H., Weissflog, A., Rosli, H. & Maschwitz, U. (1999) Social integration of
the myrmecophilic spider Gamasomorpha maschwitzi (Araneae: Oonopidae) in
colonies of the South East Asian army ant, Leptogenys distinguenda (Formicidae:
Ponerinae). Sociobiology 34: 145-159.
Wojtusiak, J., Godzinska, E.J. & Dejean, A. (1995) Capture and retrieval of very large
prey by workers of the African weaver ant, Oecophylla longinoda (Latreille 1802).
Tropical Zoology 8: 309-318.
Yan, L. & Adams, M.E. (1998) Lycotoxins, antimicrobial peptides from venom of the wolf
spider Lycosa carolinensis. Journal of Biological Chemistry 273: 2059-2066.
Young, T.P. & Hermann, H.R. (1980) Notes on the foraging of the giant tropical ant,
Paraponera clavata. Journal of the Kansas Entomological Society 53: 32-55.
Yu, D.W. (1994) The structural role of epiphytes in ant gardens. Biotropica 26: 222-226.
Yu, D.W. & Davidson, D.W. (1997)
Experimental studies of species-specificity in
Cecropia-ant relationships. Ecological Monographs 67: 273-294.
Yu, D.W. & Pierce, N.E. (1998)
A castration parasite of an ant-plant mutualism.
Proceedings of the Royal Society of London 265: 375-382.
Zaitseva, L.G., Zaitsev, V.G., Fenyuk, B.A., Pavlov, P.F., Vilenskaya, N.D.,
Ovchinnikova, T.V., Pluzhnikov, K.A., Grishin, E.V. & Grinkevich, V.A. (1995)
Protein components of tropical ant venoms and their effect on mitochondrial H+ATPase. Russian Journal of Bioorganic Chemistry 21: 485-491.
– 225 –
RÉSUMÉ :
Pachycondyla goeldii est l'une des rares espèces de fourmis "primitives" de la sous-famille des
Ponerinæ qui soit strictement arboricole. Or, la vie arboricole est un caractère apparu secondairement
chez les fourmis et partagé principalement par des espèces dites "évoluées". Les aspects de la biologie
de P. goeldii ont donc été étudiés afin de déterminer dans quelle mesure cette espèce pouvait être
qualifiée d'"évoluée" parmi les fourmis "primitives". Le sol et le milieu arboricole sont deux
environnements qui diffèrent par de nombreux paramètres. Parmi ceux-ci, la structure même du milieu
arboricole nécessite l'existence de pelotes adhésives pour une bonne adhésion lors des déplacements sur
les plantes. Mais ce caractère est partagé par la très grande majorité des espèces et ne constitue donc
pas un critère de distinction, bien qu'il soit un pré-requis indispensable à l'apparition de la vie
arboricole. Le nombre limité de sites de nidification favorables est un des principaux facteurs limitants
du milieu arboricole. P. goeldii est l'une des rares espèces capables d'initier des jardins de fourmis, ce
qui lui permet de s'affranchir de la dépendance vis-à-vis de structures préexistantes. L'ensemble des
éléments comportementaux et écologiques concernant son mode de nidification, ainsi que l’existence
de chenilles parasitant les épiphytes du jardin en présence de cette fourmi, montrent clairement que le
mode de vie arboricole de P. goeldii n'est pas un phénomène récent. Par ailleurs, les associations
préférentielles avec certains épiphytes qui peuvent être expliquées, au moins en partie, par la préférence
de cette fourmi pour les milieux très ensoleillés témoigne d'une certaine spécialisation voire d’une
coadaptation. Ces résultats démontrent que l'élément essentiel à l'origine du succès de P. goeldii est de
nature principalement comportementale. Le second élément important considéré concerne les
ressources alimentaires. Le comportement prédateur des Pachycondyla arboricoles ne diffère pas de
celui des terricoles et présente même des caractères qui peuvent être vus comme étant archaïques.
Néanmoins, la vitesse de déplacement des ouvrières de P. goeldii, couplée à la possession d'un venin
fortement paralysant, lui permet de capturer et d'immobiliser la majorité des proies rencontrées. Les
peptides anti-insectes du venin présentent des variations interspécifiques plus ou moins importantes
dont certaines peuvent être corrélées au mode de vie arboricole. L'adaptation comportementale de cette
espèce apparaît donc favorisée par certaines modifications physiologiques.
ABSTRACT :
The arboreal habitat has particular characteristics which clearly differentiate it from the ground. In ants,
arboreal life is regarded as a derived trait that appeared secondarily, and which is mostly shared by
"evolved" species. Pachycondyla goeldii, however, is one of the rare arboreal ants from the primitive
Ponerinæ subfamily. We studied the biology of P. goeldii in order to investigate to what extent this
species could be considered as "evolved" among "primitive" ants. Like other arboreal-foraging species,
P. goeldii has a well-developed arolium enabling the ants to move easily in the vegetation; however,
this characteristic alone does not help us to distinguish this species from other arboreal foraging, but
ground-dwelling species, so that we were required to examine its nesting behaviour. The availability of
arboreal nesting sites is one of the most important limiting factors in the adaptation to arboreal life. P.
goeldii is one of the few species able to initiate ant gardens, and this particular behaviour means that
this species does not need to depend on pre-existing, nesting structures. The behavioural and ecological
traits of ant-garden initiation, as well as the existence of caterpillars parasitizing its associated
epiphytes in the presence of this species, demonstrate that the arboreal life of P. goeldii is not a recent
phenomenon. Moreover, particular associations with certain epiphyte species, that can be explained at
least in part by the ant's preference for light-intense environments, attest to its specialisation and even
co-adaptability. Our results highlight that the success of P. goeldii is mostly due to behavioural
elements. The second important factor in the arboreal habitat concerns alimentation. The predatory
behaviours of arboreal Pachycondyla are very similar to those of other ground-dwelling species, and
also present archaic traits. Nevertheless, the swiftness of P. goeldii' workers, associated with a
particularly powerful paralysing venom, enable them to catch and immobilise most insect prey.
Analyses of the insecticidal peptides of the venom revealed relatively great interspecific variations of
which some can be correlated to arboreal life. The behavioural adaptation of this ant species seems then
to be aided by physiological modifications.

Remerciements - LEEC - Université Paris 13

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