Pheromonal modulation as a drive for behavioral plasticity in two insects : honey bees and ants
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Pheromones are chemical substances released into the environment by an individual, which trigger stereotyped behaviors and/or physiological processes in individuals of the same species. Yet, a novel hypothesis has suggested that pheromones not only elicit innate responses but also contribute to behavioral plasticity by acting as "modulators" of cognitive phenomena. We studied the modulator effect of pheromones on reflex responses, decision making and learning in three insect species that are emblematic models for fundamental and applied research: the honeybee Apis mellifera, and the ants Camponotus aethiops and Linepithema humile. In the first study, we found that an appetitive pheromone decreased aversive responsiveness, while an alarm pheromone increased aversive responsiveness in honey bees. In L. humile, a synthetic trail pheromone increased sucrose responsiveness and feeding time. Overall, our results demonstrate that certain pheromones modulate the salience of aversive and appetitive stimuli according to their valence. In this way, they would affect the motivation to engage in aversive or appetitive responses, thus acting as modulators of behavioral plasticity. We then determined the effect of an alarm pheromone (formic acid) on decision making and recognition systems in the frame of nestmate discrimination in carpenter ants. We found that the alarm pheromone improved discrimination by increasing aggressiveness towards non-nestmates and decreasing aggressiveness towards nestmates at the same time. These results challenge the established model of nestmate recognition. We therefore propose a revised version of this model. Eventually, we tested the effect of formic acid on learning and generalization. Formic acid increased discrimination in aversive olfactory differential conditioning. In appetitive olfactory differential conditioning, formic acid modulated the acquisition dynamics and perceived odor similarity. We suggest that pheromones affect the perception of conditioned odors and reinforcements depending on the nature of the odorants and their intrinsic values for the individual, as well as the valence of the reinforcements. This thesis presents the first integrated analyses of pheromone modulation in two insect taxa: honey bees and ants. The presented results allow us to understand some modes of action of pheromones and pave the way for future studies to understand the underlying mechanisms of this modulator effect of pheromones.
Abstract FR:
Les phéromones sont des substances chimiques relâchées dans l'environnement par un individu qui déclenchent des comportements stéréotypés et/ou des processus physiologiques chez des individus de la même espèce. Cependant, une nouvelle hypothèse suggère que les phéromones non seulement suscitent des réponses innées mais contribuent également à la plasticité comportementale en agissant en "modulateurs" de phénomènes cognitifs. Nous avons étudié l'effet modulateur des phéromones sur les réponses réflexes, la prise de décision, et l'apprentissage chez trois espèces d'insectes qui sont des modèles emblématiques en recherche fondamentale et appliquée : l'abeille Apis mellifera, et les fourmis Camponotus aethiops and Linepithema humile. Dans une première étude, nous avons trouvé qu'une phéromone appétitive diminuait la sensibilité aversive, tandis qu'une phéromone d'alarme augmentait la sensibilité aversive chez l'abeille. Chez L. humile, une phéromone de piste synthétique augmentait la sensibilité au sucre et le temps de nourrissage. Globalement, nos résultats démontrent que certaines phéromones modulent la prépondérance des stimuli aversif et appétitif selon leur valence. De cette manière, elles affecteraient la motivation à s'engager dans des réponses aversives ou appétitives, agissant ainsi comme modulateurs de la plasticité comportementale. Nous avons ensuite déterminé l'effet d'une phéromone d'alarme (l'acide formique) sur la prise de décision et les systèmes de reconnaissance dans le cadre de la discrimination de congénères chez des fourmis charpentières. Nous avons trouvé que la phéromone d'alarme améliorait la discrimination en augmentant l'agressivité envers les non congénères et en la diminuant envers les congénères en même temps. Ces résultats remettent en question le modèle établi de reconnaissance de congénères. Nous proposons donc une version révisée de ce modèle. Enfin, nous avons teste l'effet de l'acide formique sur l'apprentissage et la généralisation. L'acide formique augmentait la discrimination en conditionnement différentiel olfactif aversif. En conditionnement différentiel olfactif appétitif, l'acide formique modulait les dynamiques d'acquisition et la perception de la similarité des odeurs. Nous suggérons que les phéromones affectent la perception des odeurs conditionnées et des renforcements selon la nature des odeurs et leurs valeurs intrinsèques pour l'individu, ainsi que la valence des renforcements. Cette thèse présente les premières analyses intégrées de la modulation phéromonale chez deux taxa : les abeilles et les fourmis. Les résultats présentés nous permettent de comprendre une partie des modes d'action des phéromones et ouvrent la voie à de futures études afin de comprendre les mécanismes qui sous-tendent l'effet modulateur des phéromones.