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Collective control of development through socially exchanged fluids

Applicant Le Boeuf Adria
Number 179776
Funding scheme PRIMA
Research institution Département de Biologie Université de Fribourg
Institution of higher education University of Fribourg - FR
Main discipline Biochemistry
Start/End 01.05.2019 - 30.04.2024
Approved amount 1'610'480.00
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All Disciplines (8)

Discipline
Biochemistry
Genetics
Agricultural and Forestry Sciences
Ecology
Molecular Biology
Zoology
Biophysics
Embryology, Developmental Biology

Keywords (14)

social fluids; biochemistry; parental care; networks; evolution; behavior; quantitative; pollinators; collective behavior; proteomics; orthology; development; social insects; bioinformatics

Lay Summary (French)

Lead
Cette recherche porte sur la façon dont les insectes sociaux décident collectivement de l'avenir de leur communauté par le biais d’un système circulatoire « social ».
Lay summary

Contenu et objectifs

Nous avons découvert que les colonies d'insectes sociaux ont le moyen de « voter » sur leur avenir collectif par le biais d'un fluide échangé entre individus. Cet échange de fluide bouche à bouche s’appelle trophallaxie. Les fourmis peuvent altérer le développement de leurs larves en changeant les composants du fluide trophallactique qu'elles leur donnent à manger. Le fluide trophallactique, distribué dans l'estomac dit social des membres de la colonie, peut être considéré comme le système circulatoire social qui distribue les ressources et les informations à travers la colonie - « le superorganisme ».

Nous émettons l'hypothèse que les insectes qui nourrissent leurs larves par trophallaxie transmettent directement des régulateurs du développement, et contrôlent ainsi leur croissance et leur développement. Nos objectifs sont : 1. Une analyse comparative de ce fluide social chez 20 espèces d’insectes sociaux et solitaires, 2. l'identification de protéines spécifiques du fluide trophallactique dont l’abondance corrèle avec la variation naturelle du développement chez deux espèces sociales, une pollinisatrice (abeille) et une nuisible (fourmi), 3. l'analyse quantitative du comportement des colonies traitées avec des protéines régulatrices candidates provenant des objectifs 1 et 2.

Contexte

Ces recherches nous aide à comprendre comment les sociétés (communautés, entreprises, etc.) peuvent prendre des décisions sans leadership hiérarchique. Elles nous aident aussi à comprendre comment l'évolution a construit des fluides sociaux fonctionnels.

Direct link to Lay Summary Last update: 30.01.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Abstract

Collective decisions are more than choosing a leader-they are how we envision our collective future. I have discovered that social insect colonies could be voting on their collective futures through a socially exchanged fluid: ants can regulate the maturation of their colony by shifting the cocktail of proteins, small RNA and hormones they pass to developing larvae during the oral fluid transfer, trophallaxis. Trophallactic fluid, distributed across colony members’ social stomachs, can be thought of as the collective circulatory system that distributes resources and information across the superorganism. I hypothesise that insects exhibiting parental or sibling care of larvae by trophallaxis are directly transmitting developmental regulators, and thereby controlling larval growth and development. My proposal tackles this hypothesis with three research aims: 1. A detailed comparative phyloproteomic analysis of trophallactic fluid from 20 social and solitary insect species, 2. Identification of trophallactic fluid protein candidates that correlate with naturally occurring developmental variation in two focal social species, a pollinator and a pest, 3. Quantitative automated analysis of development and behaviour upon treatment with candidate regulator proteins. This interdisciplinary and ambitious research establishes and utilises a new state-of-the-art experimental paradigm to analyse molecular mechanisms for social regulation of long-term community development in a laboratory setting. My in-depth analysis of this social fluid combines evolutionary genomics and quantitative behaviour and developmental tracking to yield insights on the evolution of eusociality, on how societies make communal decisions, and on the recipe for a functional socially exchanged fluid.
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