La mémoire chez les abeilles. Recherches franco-argentines

Cet article présente les travaux de chercheurs français du Laboratoire CRCA (Centre de Recherche sur la Cognition Animale) – UMR CNRS 5169 – réalisés en collaboration avec des chercheurs argentins du laboratoire de Neurobiologie de la Mémoire (Faculté de Médecine, Université de Buenos Aires). Les recherches, présentées dans cet article, ont donné lieu à une publication dans la prestigieuse revue The Scientist (« Editor’s Choice in Neurosciences »).

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Avec leur cerveau minuscule et leur capacité reconnue à mémoriser les emplacements du nectar, les abeilles sont devenues un modèle pour l’étude de l’apprentissage et de la mémoire. Les recherches sur ce sujet ont montré que, pour former une mémoire à long terme – une mémoire qui dure un jour ou plus chez les abeilles – les insectes doivent répéter une expérience au moins trois fois. En revanche, les mémoires 1) à court et 2) moyen terme, qui durent respectivement 1) de quelques secondes à quelques minutes et 2) de quelques minutes à quelques heures, ne nécessitent qu’une seule expérience d’apprentissage.

Des exceptions à cette règle ont cependant été observées. Par exemple, dans certaines études, les abeilles ont formé des souvenirs durables après une seule expérience d’apprentissage. De tels résultats sont souvent considérés comme des anomalies circonstancielles, et on pense que les mémoires formées ne nécessitent pas de synthèse de protéines, une caractéristique moléculaire des mémoires à long terme codées par un apprentissage répété, expliquent Martin Giurfa de l’Université de Toulouse/CNRS – UMR 5169 et ses collaborateurs Maria Eugenia Villar (Post-Doc CNRS – UMR 5169), Paul Marchal (PhD CNRS – UMR 5169) et Haydee Viola (Universidad de Buenos Aires/CONICET).

Ces « résultats anormaux », ainsi que les recherches montrant que les mouches à fruits et les fourmis peuvent former des mémoires à long terme après des expériences uniques ont piqué la curiosité de des chercheurs qui se sont posés des questions suivantes : était-il possible que les abeilles domestiques puissent reproduire le même résultat fiable et quels mécanismes moléculaires entraient en jeu le cas échéant ?

Les abeilles butineuses sont exposées une fois à une odeur tout en recevant simultanément du saccharose via un bâtonnet de cocktail. Les insectes prolongent leurs proboscises pour boire la friandise sucrée (1). Une heure, quatre heures, 24 heures ou 72 heures après cette expérience, les abeilles sont exposées à la même odeur ou à une odeur de contrôle. Jusqu’à 24 heures, la plupart des abeilles prolongent correctement leurs proboscases en réponse à l’odeur de la paire (2) et non à celle du contrôle (3). Même après 72 heures, environ un tiers des abeilles maintiennent ce comportement. (Crédit : Kelly Finan)

Les chercheurs ont estimé que la capacité à former des souvenirs solides pouvait dépendre du type d’abeille et de l’expérience réalisée car, dans une colonie d’abeilles, il y a des infirmières, qui nettoient la ruche et nourrissent les jeunes, des gardiens, qui patrouillent et protègent la ruche, et des butineuses, qui recherchent du nectar.

Dans le cadre d’une collaboration internationale, l’équipe de Martin Giurfa et ses collègues du laboratoire de Neurobiologie de la Mémoire (Faculté de Médecine, Université de Buenos Aires) se sont concentrés uniquement sur les butineuses, en les chargeant de se souvenir d’une expérience en rapport avec leur fonction : une odeur associée à une récompense sucrée, contrairement aux études précédentes qui testaient les abeilles en masse.

Les chercheurs ont observé qu’une seule exposition à une odeur associée à une récompense suffisait à la plupart des abeilles butineuses pour se souvenir de cette odeur spécifique le lendemain : elles prolongeaient leurs proboscises lorsqu’elles étaient exposées à l’odeur, mais pas lorsqu’elles étaient exposées à une odeur quelconque. De nombreux butineuses pouvaient même se souvenir de l’odeur trois jours plus tard.

L’équipe de Martin Giurfa a ensuite examiné les besoins moléculaires des mémoires à court, moyen et long terme dans le cerveau des abeilles en inhibant la transcription des gènes, la synthèse des protéines ou les deux pendant la période d’apprentissage. Ils ont montré que la mémoire à court terme (une heure après la formation) ne nécessitait ni l’un ni l’autre, que la mémoire à moyen terme (quatre heures après la formation) nécessitait la capacité de fabriquer de nouvelles protéines mais pas une transcription complète, et que la mémoire à long terme (plus de 24 heures après la formation) nécessitait les deux.

Les chercheurs supposent que les abeilles nourricières et les abeilles gardiennes diffèrent dans leurs capacités d’apprentissage et leur composition moléculaire, et que cela explique les différences avec les études antérieures, mais cela n’a pas été testé.

Les résultats obtenus ne signifient pas que toutes les recherches antérieures étaient erronées, déclare André Fiala de l’université de Göttingen qui étudie la mémoire des mouches des fruits et qui n’a pas participé au projet. « Les gens ont fait les expériences d’une manière différente ». Cependant, les nouveaux résultats montrent que « la croyance populaire selon laquelle il faut plusieurs essais d’entraînement […] pour obtenir une mémoire à long terme n’est pas toujours vraie », dit-il, et cela « fait vraiment progresser la connaissance dans ce domaine ».

Article original : https://www.the-scientist.com/the-literature/once-is-enough-for-long-term-memory-formation-in-bees-67467

Voir également : M.E. Villar et al., “Redefining single-trial memories in the honeybee,” Cell Rep, 30:2603–13.e3, 2020.

Article publié dans Cell magasine