Stridulations Reveal Cryptic Speciation in Neotropical Sympatric Ants

The taxonomic challenge posed by cryptic species underlines the importance of using multiple criteria in species delimitation. In the current paper we tested the use of acoustic analysis as a tool to assess the real diversity in a cryptic species complex of Neotropical ants. In order to understand the potential of acoustics and to improve consistency in the conclusions by comparing different approaches, phylogenetic relationships of all the morphs considered were assessed by the analysis of a fragment of the mitochondrial DNA cytochrome b. We observed that each of the cryptic morph studied presents a morphologically distinct stridulatory organ and that all sympatric morphs produce distinctive stridulations. This is the first evidence of such a degree of specialization in the acoustic organ and signals in ants, which suggests that stridulations may be among the cues used by these ants during inter-specific interactions. Mitochondrial DNA variation corroborated the acoustic differences observed, confirming acoustics as a helpful tool to determine cryptic species in this group of ants, and possibly in stridulating ants in general. Congruent morphological, acoustic and genetic results constitute sufficient evidence to propose each morph studied here as a valid new species, suggesting that P. apicalis is a complex of at least 6 to 9 species, even if they present different levels of divergence. Finally, our results highlight that ant stridulations may be much more informative than hitherto thought, as much for ant communication as for integrative taxonomists

Adaptations aux Contraintes de Nidification de Deux Ponérines Sympatriques du Genre Pachycondyla (Territorialité, Émigrations et Interactions Interspécifiques)

PARIS13-BU Sciences (930792102) / SudocSudocFranceF

Causes et conséquences de la polydomie chez une fourmi ponérine monogyne (Pachycondyla goeldii)

[Résumé en français] Le but de cette thèse a été de définir les causes et les conséquences de la structure monogyne polydomique de la fourmi Ponerine Pachycondyla goeldii. Cette étude est composée de trois chapitres : le premier chapitre fournit les preuves de l'existence et l'explication de la polydomie (i.e. colonie multi-nids) chez cette fourmi monogyne. À notre connaissance, P. goeldii est la première Ponérine connue présentant en même temps ces deux caractéristiques.Dans le second chapitre, nous avons étudié l'impact de la polydomie sur l'investissement reproductif entre les nids, nous discutons des résultats au regard des différents conflits existants au sein de ces colonies.Dans le dernier chapitre, nous étudions les mécanismes proximaux qui pourraient résulter de tels conflits. Nous montrons ainsi qu'un même complexe d'hydrocarbures cuticulaires pourrait à la fois indiquer l'appartenance coloniale et la fertilité des ouvrières et que ces dernières cannibalisent les œufs en fonction de leur âge.PARIS13-BU Sciences (930792102) / SudocSudocFranceF

Histoire naturelle du genre de fourmis néotropical Thaumatomyrmex Mayr 1887 (Artropoda, Insecta, Hymenoptera, Formicidae, Ponerinae, Thaumatomyrmecini)

Toutes les espèces de fourmis sont eusociales, cela implique notamment la division du travail reproducteur entre femelles reproductrices et d autres plus ou moins stériles. Certaines espèces, telles plusieurs du genre Thaumatomyrmex, ont subi une réversion du stade hautement eusocial vers le stade primitivement eusocial où aucune différence morphologique n existe entre les femelles qui se reproduisent et les autres. Chez ces espèces de Thaumatomyrmex qui se reproduisent exclusivement par gamergates (femelles de morphotype ouvrière fécondées et pondeuses), les femelles sont totipotentes comportementalement et reproductivement. Plusieurs gamergates peuvent cohabiter dans le même nid. La régulation de la reproduction et de la division du travail a été difficile à déterminer. Les Thaumatomyrmex occupent quasiment tous les biomes néotropicaux, vivent dans des milieux autant secs qu humides, du niveau de la mer à 2000m d altitude. Leur régime alimentaire peu commun est spécialisé sur les Penicillata dont elles réutilisent la défense physique basée sur les trichomes crochus, afin de construire une défense passive dissuasive. Ce comportement est unique. Cette défense leur permet d utiliser au mieux les structures creuses dans le milieu et notamment des sites de nidification peu exploités par d autres fourmis telles les coquilles d escargot. Il leur permet surtout de diminuer la pression exercée par les prédateurs, compétiteurs et parasites. Cette défense combinée à une capacité de production de descendants par femelle qui favorise les petits nids, aurait pour conséquence une sélection orientée vers la diminution de la taille des sociétés, voire la suppression du comportement social. Cette prédiction est vérifiée pour la première fois grâce aux Thaumatomyrmex qui forment les plus petits nids connus chez les Formicidae avec moins de quatre femelles en moyenne. Toutes ces caractéristiques les amènent aux confins de la subsocialité, voire à la réversion vers le stade solitaire.All ant species are eusocial and thus exhibit a reproductive division of labour between fertile and more or less sterile individuals. Some species, such as several of the genus Thaumatomyrmex, have reverted from being highly eusocial to a primitively eusocial state where no morphological differences exist between reproductive and non-reproductive females. In Thaumatomyrmex species where reproduction exclusively stems from gamergates (mated and laying worker-like females), all females are reproductively and behaviourally totipotent. Several gamergates can coexist in the same nest. The regulation of reproduction and division of labour was hard to determine. Thaumatomyrmex species occupy almost all neotropical biomes, living as much in humid as dry habitats, and from sea-level to 2000m. Their very unusual specialised diet consists of Penicillata, whose hooked trichomes are reused as a deterring passive defence: this behaviour is unique. This defence allows them to take better advantage of hollow structures present in the habitat and underused by other ant species, such as snail shells. It mostly greatly reduces pressures associated with predation, parasites and competition. This defence behaviour, combined with a per female fertility promoting small nests, seems to select for a reduction in the size of societies, or even to a suppression of social behaviour. This theoretical prediction is thus for the first time evidenced in Thaumatomyrmex, where the smallest nest size ever recorder in Formicidae (less than four females on average) can be found. All these characteristics bring them to the fringes of subsociality, or even to a unique reversion to become solitary.PARIS13-BU Sciences (930792102) / SudocSudocFranceF

L'identité coloniale et sa "représentation " chez les fourmis

Dominique FRESNEAU, Christine ERRARD : Colonial identity and its " representation " in ants In ants, societies are closed to alio-as well as conspecific intruders. This phenomenon rests on the presence and identification of chemicals (cuticular hydrocarbons). Due to the great diversity of these compounds, each colony possesses its own chemical profile. Although this principle is well known in most ant species, the underlying mechanisms vary. In this work, we examine two examples in order to suggest two hypothetical models of interpretation. Ponerine ants which are considered as primitive ants, give a first example where colonial recognition is based on a simple discrimination without any reference to memory. In contrast, the second example is constituted by two advanced subfamilies engaged in interspecific associations with relations of social parasitism. Results show a surprisingly phenomenon of learning by early familiarization and irreversible memorization of the chemical signature of individuals of the associated species. These results shed a new original light on the recognition and the representation of the colonial identity. In fact, the social level implies necessarily the occurrence of an additional step of analysis and reasoning which has not been yet taken into account. Our purpose is to initiate a discussion on this topic.Chez les fourmis, les sociétés sont fermées à toutes intruses, y compris celles de la même espèce. Ce phénomène repose sur l'existence et l'identification de substances chimiques (hydrocarbures cuticulaires) dont la diversité permet à chaque colonie de posséder un profil chimique qui lui est propre. Si ce principe est vérifié chez la plupart des espèces de fourmis, les mécanismes aboutissant à ce résultat varient. Dans ce travail, nous examinons deux exemples nous permettant de proposer deux modèles hypothétiques d'interprétation. Les fourmis Ponérines, réputées primitives, donnent un premier exemple où la reconnaissance coloniale obéit à un modèle basé sur la simple discrimination sans qu'il soit fait appel à la mémoire. En revanche, un second exemple repose sur l'étude d'espèces appartenant à deux sous-familles supérieures qui pratiquent le parasitisme social sur la base d'associations interspécifiques. Les résultats montrent un étonnant phénomène d'apprentissage par familiarisation précoce et mémorisation irréversible de la signature chimique des individus de l'espèce associée. Ces résultats posent la question de la reconnaissance et de la représentation de l'identité coloniale d'une manière originale puisque le palier social introduit nécessairement un niveau supplémentaire d'analyse et de raisonnement qui jusqu'ici n'a que très peu été pris en compte. Notre propos est d'initier une discussion sur cette thématique.Fresneau Dominique, Errard Christine. L'identité coloniale et sa "représentation " chez les fourmis. In: Intellectica. Revue de l'Association pour la Recherche Cognitive, n°19, 1994/2. Organisation émergente dans les populations : biologie, éthologie, systèmes artificiels. pp. 91-115

Enriched topological learning for cluster detection and visualization

International audienceThe exponential growth of data generates terabytes of very large databases. The growing number of data dimensions and data objects presents tremendous challenges for effective data analysis and data exploration methods and tools. Thus, it becomes crucial to have methods able to construct a condensed description of the properties and structure of data, as well as visualization tools capable of representing the data structure from these condensed descriptions. The purpose of our work described in this paper is to develop a method of describing data from enriched and segmented prototypes using a topological clustering algorithm. We then introduce a visualization tool that can enhance the structure within and between groups in data. We show, using some artificial and real databases, the relevance of the proposed approach

How an ant manages to display individual and colonial signals using the same channel

International audienc

Diversité Cryptique, Bioacoustique et Interactions Intra et Interspécifiques dans le Complexe d Espèces Primitives Néotropicales Pachycondyla apicalis (Hymenoptera : Formicidae : Ponerinae)

La région Néotropicale abrite une extraordinaire diversité biologique, dont une grande partie encore non identifiée. En outre, parmi les espèces déjà inventoriées, plusieurs groupes sont soumis à des classifications imparfaites. Ceci est particulièrement dû à l'existence d'espèces cryptiques formant des complexes d'espèces qui empêchent l évaluation correcte de la biodiversité. Les fourmis primitives du complexe Pachycondyla apicalis sont un bon exemple de ce fait et leur taxonomie n est pas consensuelle. Etant donné que l'identification exacte des espèces est essentielle à la fois à la recherche dans tous les domaines de la biologie et à la conservation de la biodiversité, l un des objectifs premiers de ce travail a été la détermination de la diversité cryptique au sein de ce complexe d espèces. L étude des organes producteurs de son et des signaux stridulatoires ont démontré que ces espèces morphologiquement semblables possèdent des différences spécifiques nettes dans leurs systèmes de communication acoustique respectifs. Les résultats acoustiques ont été corroborés par des analyses moléculaires, confirmant ainsi que la bioacoustique est un outil potentiel pour la détermination des espèces cryptiques dans ce groupe de fourmis. Ce résultat est la première indication d'un tel degré de spécialisation dans les signaux stridulatoires des fourmis, ce qui suggère que les stridulations peuvent présenter un rôle encore plus important dans la vie de ces espèces. Bien qu indiscernables pour l'œil humain, ces espèces cryptiques sont évidemment dissemblables les unes des autres. De ce fait, nous avons pu au travers d études bioacoustiques, génétiques, chimiques, écologiques et comportementales caractériser des éléments de la biologie de ces espèces pouvant être considérés comme indicateurs de l espèce, et ceci également dans le but de mieux comprendre les interactions intra- et interspécifiques dans ce groupe d espèces phylogénétiquement proches.The Neotropical region is home to an extraordinary biological diversity, much of which still unidentified. In addition, among the species already described, several groups are subject to imperfect classifications. This is particularly due to the existence of cryptic species which form species complex that prevent the correct assessment of biodiversity. The primitive ants from the Neotropical Pachycondyla apicalis complex are a good example of this fact and their taxonomy is still unsolved. Since the correct identification of species is essential both for research in all fields of biology and the conservation of biodiversity, one of the primary objectives of this work was the determination of cryptic diversity within this species complex. The study of the stridulatory organs and signals showed that these morphologically similar species have clear specific differences in their respective acoustic communication systems. The acoustic results were corroborated by molecular analysis, confirming bioacoustics as a potential tool for the determination of cryptic species in this group of ants. This is the first indication of such a degree of specialization in the stridulatory signals of ants, suggesting that stridulations may have an even more important role in the lives of these species. Even if indistinguishable to the human eye, these cryptic species are obviously dissimilar from each other. Thus we were able through acoustic, genetic, chemical, ecological and behavioural studies to characterize biological elements of these species that can be considered as indicators of the species, and this also in order to better understand intra and interspecific interactions in this group of phylogenetically related species.PARIS13-BU Sciences (930792102) / SudocSudocFranceF

Mining RFID Behavior Data using Unsupervised Learning

International audienceRadio Frequency IDentification (RFID) is an advanced tracking technology that can be used to study the spatial organization of individual's spatio-temporal activity. The aim of this work is firstly to build a new RFID-based autonomous system which can follow individuals' spatio-temporal activity, a tool not currently available. Secondly, we aim to develop new tools for automatic data mining. In this paper, we study how to transform these data to investigate the division of labor, the intra-colonial cooperation and conflict in an ant colony. We also develop a new unsupervised learning data mining method (DS2L-SOM: Density-based Simultaneous Two-Level-Self Organizing Map) to find homogeneous clusters (i.e., sets of individual which share a similar behavior). According to the experimental results, this method is very fast and efficient. It also allows a very useful visualization of the results. Keywords: RFID; spatio-temporal data; automatic data mining; unsupervised learning; ants behavior. INTRODUCTION Radio Frequency IDentification (RFID) is an advanced tracking technology. The RFID tags, which consist of a microchip and an antenna, must be used with a reader that can detect simultaneously a lot of tags in a single scan. A computer has to be used to store the data about the position of each tag for each scan in a database. This allows different analyses. RFID systems can be used to study animal societies. Animal societies are dynamic complex systems characterized by numerous interactions between individual members. Such dynamic structures stem from the synergy of these interactions, the individual capacities in information processing and the diversity of individual responses (Fresneau et al., 1989). RFID, thanks to miniaturization, offers the advantage of automation and overcomes the constraints imposed by video analyzes. Indeed, video recording allows long-duration tracking, however the time for analyzes highly increases with the number of individuals monitored. It also imposes strong constraints (as the need of a minimum illumination and high contrast between the animals and the environment) and it does not work when the ant is moving in a reverse position which doesn't allow individual identification. The aim of this work is to develop a new RFID-based autonomous system to follow the spatio-temporal activity of groups, which is currently very difficult to study in its entirety and to develop new tools for automatic data processing. These objectives have necessarily led to an interdisciplinary project combining behavioral and complex systems sciences with computer and engineering sciences