4ème Journée d'Étude sur la Marmotte Alpine, Ramousse R. & Le Berre M. eds. : 4752.
ISBN : 2-9509900-3-7

Le marquage olfatif chez la marmotte alpine : Bilan des connaissances sur le message chimique

Marie -Claude Bel & Jacques Coulon
Laboratoire de Biologie des Populations d'Altitude, UMR CNRS 5553,
Université Claude Bernard Lyon 1, 69 622 Villeurbanne cedex
E-mail : [email protected]


Résumé : Le comportement de marquage a été étudié sur la population de marmottes du vallon de la Sassière (PNV, Savoie) entre 1993 et 1996. Le caractère saisonnier de cette activité a été mis en évidence, avec un maximum lors de la période de reproduction. Elle est surtout le fait des adultes reproducteurs (mâle et femelle), le taux de marquage étant sub-nul notamment chez les individus subordonnés en âge de se disperser. Ce comportement semble donc lié à une expression de la dominance sociale au sein d'un groupe familial. D'autre part, la localisation des marques, essentiellement concentrée sur les terriers principaux ainsi qu'aux frontières du territoire, permet de supposer un rôle important du marquage dans la structuration sociale de la population, inter- ou intra-groupe. Des tests comportementaux ont permis de vérifier sur le terrain, d'une part l'activité biologique de sécrétions glandulaires orales, et d'autre part d'isoler les molécules impliqués dans la signalisation chimique. Le rôle de la glande temporale des marmottes dans la communication chimique intra-spécifique a été mis en évidence, ainsi quele rôle de la partie la plus polaire de la substance glandulaire, plus particulièrement sa fraction volatile totale. L'analyse chimique menée en parallèle sur des échantillons individuels confirme la complexité de la communication chimique chez les mammifères. L'hypothèse de l'existence d'une signature chimique individuelle, basée sur des variations de proportions relatives de molécules, reste à étudier.
Mots-clés : Marmota marmota , marquage olfactif, dominance sociale, analyse chimique, signature chimique.

Abstract: Scent marking behaviour in the Alpine marmot: Knowledge state of the chemical signal. Scent-marking behaviour was studied in the marmot population of La Sassière (PNV, Savoie) between 1993 and 1996. First, we pointed out a great season effect, scent-marking being maximum during the breeding period. Moreover, most of the marks were deposited by the adult resident pair; such a behaviour seems therefore to be closely related to the expression of dominance within a family group. Furthermore, the spatial location of the scent-marks was mainly concentrated on the main burrow systems and also on the borderlines of the home range; scent-marking has probably a great function in regulating the social organization (inter- or intra-group) of the population of marmots. Second, field tests were performed in order to check the biological activity of oral glandular exsudates, and also to try to isolate compounds of the mixture involved in the chemical signals. Hence, we found that the temporal gland secretion was responsible -or at least sufficient- for the signalling. Then, the active fraction of the scent was found to be the total volatile secretion of the most polar extract of the secretion. Finally, chemical analyses were undertaken simultaneously, on individual samples, and confirm the complexity of the the chemical communication, like in other mammals. The hypothesis of an individual chemical signature, based on the quantitative variations of individual patterns has now to be studied.
Key-words : M. marmota, scent-marking behaviour, social dominance, chemical analysis, chemical signature.

Introduction


La marmotte alpine (Marmota marmota) est caractérisée par une organisation sociale très développée et hiérarchisée, où les individus vivent en groupes familiaux permanents (couple monogame et ses descendants de plusieurs portées successives, voir Perrin et al . 1993), chaque groupe étant établi sur un territoire propre. Les marmottes résidentes effectuent un marquage de leur domaine vital au moyen de glandes situées bilatérallement entre les yeux et les oreilles (Rausch & Bridgens 1989, observations personnelles), apposant leurs marques sur des substrats variés par un frottement vigoureux de leur museau dans un mouvement allant du nez aux oreilles : le marquage jugal. De plus, colonisant les milieux ouverts d'altitude propices à l'observation directe : ce rongeur constitue un modèle de choix pour l'étude du système de communication chimique intraspécifique, facette importante et encore mal connue de la communication chez les mammifères.
Deux axes de recherche principaux ont donc été développés :
(1) l'étude du comportement de marquage des animaux dans leur milieu naturel, son évolution saisonnière significative pour cet hibernant, ainsi que la localisation des marques sur le domaine vital et la contribution des différents membres de la famille au marquage (Bel et al . 1995) ;
(2) l'étude du message chimique et de ses propriétés, à travers la mise en place d'un dispositif expérimental sur le terrain (tests olfactifs) visant à évaluer les réactions caractéristiques des individus résidents vis-à-vis de tout ou partie d'une marque odorante étrangère au groupe testé. Cette étude vise à isoler le ou les composés chimiques impliqués dans la formation du message phéromonal. En parallèle sont menées des analyses chimiques en laboratoire de la sécrétion glandulaire impliquée, afin de connaître la composition moléculaire du message chimique.
Les principaux résultats de cette deuxième partie de l'étude seront particulièrement exposés ici.

Matériel et méthodes

L'ensemble des observations s'est déroulé entre 1993 et 1996 sur le site d'étude du vallon de la Sassière (Parc National de la Vanoise, Savoie) à une altitude moyenne de 2340 mètres. La population du vallon est suivie et connue grâce à un effort continu de captures et de marquage visuel systématiques des individus depuis 1990 (Coulon et al. 1993). Or, la composition exacte des groupes familiaux et le repérage visuel systématique des membres de ces groupes, dépendant entièrement de cette étape préliminaire, sont nécessaires pour mener à bien une analyse fine des comportements.

Circuits de marquage

Entre 1993 et 1996, 30 individus de sexe, âge et statut social variés ont été suivis par la méthode dite du Focal Animal Sampling (Altman, 1973). Les individus sujets à l'observation sont choisis à tour de rôle et chacun est suivi de façon continue pendant une durée déterminée (ici une heure) ; ses trajets et comportements de marquage sont repérés et annotés sur un schéma précis du territoire. On répète l'opération de façon à cumuler un minimum de dix heures par individu.

Tests olfactifs: protocole général

Nous avons effectué des tests consistant à présenter aux marmottes résidentes d'un groupe donné deux piquets de bois distants d'environ 50 cm, situés à la sortie d'un terrier principal ; l'un est surmonté d'un tube à essai vierge (tube témoin) et l'autre porte l'odeur que l'on désire tester (tube marqué) ; qu'elle soit intègre ou partielle (voir 'nature des tests'), cette odeur provient toujours d'un groupe étranger (voisin ou non du groupe testé). Au cours d'un test, trois variables sont particulièrement enregistrées : la probabilité de marquage sur le tube témoin et le tube marqué, l'intensité de marquage (pris comme le nombre de frottements sur chaque tube) et la durée de flairage des tubes (le temps pendant lequel les marmottes maintiennent leur nez en contact avec le tube). Seuls les résultats concernant l'intensité de marquage seront développés ici. Le test est arrêté dès que l'un des deux piquets est marqué, sinon il est arrêté au bout de deux heures.
Ainsi, au total, neuf groupes familiaux différents ont été testés, 250 tests ont été validés.

Nature des tests
(1) Tests bruts :

Ces tests préliminaires sont utilisés pour évaluer la ou les réponses comportementales typiques des marmottes vis-à-vis de marques étrangères au groupe. On suppose donc que l'information véhiculée par les marques est intacte. Deux protocoles successifs ont permis la collecte des tubes marqués :
-'Tests Bruts'. Nous avons utilisé l'aptitude des marmottes à marquer tout objet présent sur leur territoire en installant des piquets surmontés de tubes à essai vierges sur des entrées de terriers principaux ; 24 ou 48 h plus tard, nous récupérions les tubes couverts de marque odorante du 'groupe donneur', et ceux-ci constituaient les tubes marqués au cours de tests dans d'autres groupes.
-'Tests Brut Mâle', 'Brut Femelle'. à partir de 1995, au cours de captures d'animaux, nous avons récupéré les sécrétions odorantes directement au niveau de la zone glandulaire temporale. Ces dépôts étaient destinés soit à être testés, soit à être conservés pour une analyse chimique en laboratoire. La connaissance de l'identité de l'émetteur de la marque (âge, sexe, statut, groupe d'origine) permet alors d'en contrôler les effets sur les congénères.

(2) Tests partiels :

Ces tests présentent tous la particularité de ne pas tester la totalité de l'odeur, mais seulement une partie des composés chimiques de la sécrétion glandulaire; on les nomme extraits ou fractions du dépôt brut.
* Extraits .
Le choix de trois solvants, Ethanol (C2H5OH), Dichlorométhane (CH2Cl2) et Pentane (C5H12), permet d'obtenir globalement une partition de la marque brute selon un gradient d'affinité de moins en moins polaire des composés retenus. Ainsi, un tube portant une marque jugale est lavé avec un solvant donné, et la suspension obtenue est ensuite redéposée goutte à goutte sur un tube vierge, jusqu'à évaporation complète du solvant. Ce dernier tube constitue le tube marqué dans les séries de tests appelées 'Extrait Ethanol', 'Extrait Dichlorométhane' ou encore 'Extrait Pentane'.
* Tests blancs .
Trois nouvelles séries de tests (Ethanol pur, Dichlorométhane pur et Pentane pur) ont servi de contrôle, dans lesquelles le tube marqué était recouvert respectivement des trois solvants purs.
* Fractions d'extraits .
Dès que l'un des extraits partiels s'avérait présenter une activité biologique significative, celui-ci était alors à nouveau fractionné en deux grosses parties, selon deux méthodes de chromatographie différentes (que nous ne détaillerons pas ici) :
- Utilisables sur le terrain, les mini-colonnes de chromatographie en phase liquide ('Sep-Pack') , nous avons pu obtenir deux fractions, l'une plutôt polaire et l'autre plutôt apolaire, que nous avons testé séparément. Une série de tests avec le mélange des deux fractions a constitué un contrôle de la technique. Ces trois séries se nomment respectivement 'Polaire+', 'Polaire-' et 'Mélange'.
- En laboratoire, la Chromatographie en phase Gazeuse (GC) à colonne remplie apolaire, sépare deux fractions sur un principe de gradient de masse moléculaire. Une fraction possède les composés les plus volatils ('volatil+'), l'autre les plus lourds (volatil-). Ici, il est nécessaire de préciser que le regroupement des deux fractions, lui aussi sujet à une série particulière de tests olfactifs ('fraction entière'), ne coïncide sans doute pas avec l'extrait initial, car la Chromatographie en Phase Gazeuse ne sépare et ne restitue que les molécules de moins de 40 atomes de carbone.

Résultats - Discussion

(1) Circuits de marquage (voir Bel et al. 1995)

Il a été mis en évidence une forte diminution du taux et de la probabilité de marquage au cours de la saison d'activité ; même si l'activité de marquage n'est pas nulle après le mois de juillet et jusqu'à l'entrée en hibernation, elle semble toutefois inféodée à la première partie de la saison. Le pic d'activité global s'observe au moment de la reproduction, et une forte activité subsiste jusqu'à l'émergence des jeunes de l'année ; un lien certain est à faire entre un tel comportement et l'état physiologique des animaux, particulièrement l'état hormonal, lui-même particulièrement saisonnier.
D'autre part, l'étude de la contribution au marquage dans le groupe familial a révélé une prépondérance du couple adulte reproducteur, alors que la participation des subordonnés en âge de se reproduire est très faible, et que celle des yearling et des juvéniles est quasiment inexistante. L'expression de la dominance sociale, même si elle n'est pas restreinte à ce seul comportement, s'affirme donc à travers cette participation majoritaire au marquage du territoire.
Enfin, l'analyse spatiale du marquage a permis de montrer une distribution inégale des marques au sein du domaine vital : alors que les terriers principaux sont saturés de marques, les zones frontalières sont significativement plus abondamment marquées que les zones internes.
S'il est admis chez les mammifères que le marquage olfactif est le plus souvent multi-fonctionnel, il apparaît en tout cas important dans la défense du territoire, et des ressources s'y rattachant, chez la marmotte alpine.

(2) Tests olfactifs

Le test non-paramétrique de Wilcoxon pour séries appariées a été appliqué sur la variable intensité de marquage sur les tubes témoin/marqué (tableau 1).

Tableau 1. Résultats obtenus dans les différentes séries.

Nature du test olfactifN total n(1)p (wilcoxon)Résultat
Brut53270,0036**
Brut Mâle26210,0033**
Brut Femelle17140,0123*
Extrait Pentane36110,8551NS
Extrait Dichlorométhane24110,2025NS
Extrait Ethanol65330,0545*
Ethanol Pur1350,2568NS
Dichlorométhane Pur1160,4795NS
Pentane Pur980,3951NS
Fraction Polaire +72--
Fraction Polaire -71--
Mélange2390,9416NS
Fraction Volatile + 1070,9156NS
Fraction volatile -1260,4756NS
Fraction entière20120,0101*

(1) n est l'effectif pris en compte par le test de wilcoxon.

Les tests bruts montrent que les marmottes résidentes ont une tendance significative à surmarquer plus abondamment le tube porteur du dépôt brut que le tube vierge, ce qui constitue un bon indice de l'activité biologique de l'odeur présentée. Cet indice va être le moteur de la recherche du ou des composé(s) entrant dans la composition du message chimique.
La preuve faite de l'activité biologique des sécrétions glandulaires prélevées directement sur les animaux capturés et anesthésiés confirme la localisation de la glande sécrétrice : celle-ci recouvre bilatérallement une zone comprise entre les yeux et les oreilles, s'étendant en direction de la joue. Si d'autres auteurs ont déjà décrit le système glandulaire apocrine chez les espèces du genre Marmota (voir Blumstein & Henderson 1996 ; Rausch & Bridgens 1989) ils ont déterminé de façon générale deux types de glande orale : l'une orbitale, l'autre commissurale. Mais c'est ici le premier travail mettant en évidence le rôle exclusif (en tout cas suffisant!) de la glande dite orbitale (ou temporale) dans la signalisation et la communication chimique de la marmotte alpine. Même si l'analyse précise du comportement de marquage ne permet pas de distinguer deux types éventuels de marques (un même mouvement d'ensemble pourrait très bien mélanger les deux sécrétions), nos observations personnelles n'ont jamais relevé la présence d'une glande active au niveau commissural, sur l'ensemble des individus au cours de la saison d'activité.
Parmi les tests réalisés avec les extraits partiels, seuls les extraits à l'éthanol sont apparus significatifs (alors que l'éthanol seul ne provoque pas de réaction particulière, toujours du point de vue de l'intensité de marquage) : d'une part, la partition du dépôt brut a montré le maintien de l'activité biologique dans un des extraits partiels, en l'occurrence celui qui renferme les composés les plus polaires, d'autre part les réactions différentielles vis-à-vis des trois types d'extraits renforcent l'hypothèse que c'est bien la partie polaire de la sécrétion temporale qui semble jouer un rôle prépondérant dans la communication chimique chez cette espèce.
Le fractionnement plus fin de cette portion du dépôt brut a donc été entrepris conduisant à une partition en deux grosses fractions de deux façons différentes (voir méthodes). A l'aide des mini-colonnes de chromatographie, comme à l'aide du Chromatographe en Phase Gazeuse (GC), on constate une perte de l'activité biologique de l'une comme de l'autre fraction. Cependant, les tests olfactifs de contrôle réunissant à nouveau les fractions conduisent à deux résultats différents : dans le cas des mini-colonnes de chromatographie, le mélange n'incite pas lui non plus à un marquage plus intense de la part des marmottes ; en revanche, la réunion des fractions séparées au GC retrouve une activité biologique significative.

A ce stade, plusieurs explications peuvent être avancées :

Technique des mini-colonnes :

il semble que le passage des extraits à l'éthanol (actifs) ôte toute activité biologique aux échantillons, même si on réunit pour les tester ensemble toutes les fractions issues de cette technique de séparation. La technique semble vraisemblablement inadaptatée à ce type d'échantillon ; en effet, elle ne permet sans doute pas d'éluer totalement les composés présents. La colonne, malgré les divers solvants employés, a pu retenir une certaine classe de composés ou simplement trop filtrer de molécules, ce qui a pu produire un mélange ayant varié soit qualitativement, soit quantitativement (concernant cette dernière hypothèse, il a été montré chez d'autres espèces une variation de l'activité biologique dose-dépendante). Le test des deux fractions séparément s'avère donc ici inutile et non interprétable.

Technique du GC en laboratoire :

Plusieurs conclusions préliminaires font suite à cette expéri-mentation; premièrement, la fraction entière issue de la colonne est active : les molécules les plus lourdes (> C40) ne sont donc pas nécessaires à la formation du message; la question de la volatilité des signaux chimiques reste néanmoins posée, et de nombreux travaux traitent de cette question dans le domaine de la communication animale. Deuxièmement, une partition simple en deux moitiés, que l'on a qualifié de plus et de moins volatile, supprime l'activité biologique ; le signal n'est donc certainement pas le fait d'une molécule mais d'un ensemble, lequel semble lui-même constitué de composés de masse moléculaire variée. Enfin, le fait d'avoir trouvé un outil d'analyse restituant les composés principaux du message de nature phéromonale justifie également les analyses chimiques qualitatives/quantitatives des extraits à l'éthanol entreprises sur ce même outil.

(3) Composition chimique de la sécrétion glandulaire
Grâce à la collecte directe des gouttelettes de sécrétion sur les animaux pris individuellement, une analyse qualitative et quantitative a pu être entreprise, les conditions de concentration et de pureté de la substance étant réunies.
Les résultats préliminaires confirment la grande complexité chimique de chaque échantillon: un minimum de 30 molécules a pu être retrouvé de façon systématique chez tous les individus. L'identification chimique indique la présence de familles mléculaires très variées, telles par exemple les acides carboxyliques, les aldéhydes, esters, cétones ou encore les stéroïdes. Bien que les profils individuels ne soient pas encore assez nombreux pour permettre une vérification statistique, la variabilité inter-individuelle des profils semble importante, laissant supposer l'existence d'une signature odorante individuelle. D'autres travaux déjà entrepris sur d'autres rongeurs, tel que le castor canadien (Castor canadensi s), tendent à valider de tels résultats (voir Müller-Schwarze et al. 1986). Néanmoins, un gros travail reste à poursuivre dans ce domaine sur la marmotte alpine.

Bibliographie

Bel M.C., Porteret C. & Coulon J. 1995.
Scent deposition by cheek-rubbing in the Alpine marmot (Marmota marmota ). Can. J. Zool ., 73(11): 2065-2071.
Blumstein D.T. & Henderson S.J. 1996.
Cheek-rubbing in golden marmots (Marmota caudata aurea ). J. Zool., Lond ., 238: 113-123.
Coulon J., Allainé D., Graziani L., Bel M.C. & Pouderoux S. 1993.
Bilan des captures-recaptures dans la réserve de la grande Sassière. In Actes de la deuxième journée d'étude sur la marmotte alpine, Ramousse R. & Le Berre M. eds., Lyon : 61-68.
Müller-Schwarze D., Morehouse L., Corradi R., Zhao C.H. & Silverstein R.M. 1986.
Odor images: responses of beaver to castoreum fractions. In Chemical Signals in Vertebrates IV , Duvall et al. eds., London & New-York, Plenum Press: 561-569.
Perrin C., Coulon J. & Le Berre M. 1993.
Social behaviour of Alpine marmots (Marmota marmota ): seasonal, group and individual variability. Can. J. Zool., 71: 1945-1953.
Rausch R.L. & Bridgens J.G. 1989.
Structure and function of sudoriferous facial glands in the Nearctic marmots, Marmota spp. (Rodentia: Sciuridae). Zool. Anz., 223(5/6): 265-282.

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