La biodiversité planétaire subit l’essentiel des effets de l’augmentation de la température moyenne globale et de la fréquence des vagues de chaleur comme manifestations du réchauffement climatique : le déclin de la population d’organismes emblématiques, la perturbation des cycles biologiques ou les migrations d’espèces invasives sont devenus monnaie courante .
Cependant, il y a une partie de la biodiversité qui reste occultée : les micro-organismes symbiotiques (symbiotes) qui vivent dans le corps de leur hôte et lui procurent divers bienfaits.
Ces symbiotes pourraient jouer un rôle important dans l’adaptation de certains organismes, comme les insectes, à l’augmentation globale des températures, avec des répercussions en agriculture pour les insectes ravageurs (pucerons, punaises de lit) et les pollinisateurs (abeilles, bourdons), mais aussi en santé humaine. . pour ces vecteurs de maladies (moustiques, mouches tsé-tsé).
De nombreux insectes à fort intérêt économique et social sont associés à des symbiotes microbiens, qu’ils soient ravageurs des cultures (à gauche, la punaise verte Nezara viridula), pollinisateurs (au centre, un bourdon Bombus sp.) ou vecteurs de maladies (à droite, le moustique tigre Aedes albopictus) – Wikimedia CC BY-SA 4.0 (via The Conversation)
Presque tous les animaux sont impliqués dans la symbiose microbienne, à des degrés divers. Chez l’homme comme chez l’abeille, la communauté bactérienne qui colonise l’intestin joue un rôle important dans les fonctions digestives, immunitaires ou encore neurologiques de son hôte.
Cette part méconnue de la biodiversité suscite aujourd’hui l’intérêt des scientifiques, qui cherchent à prédire les réponses des organismes et de leurs symbiotes à leur environnement, et plus particulièrement au réchauffement climatique.
Une coexistence fragile : ce qui ne vous tue pas peut vous rendre… plus faible
Le degré élevé de co-dépendance entre les partenaires de la symbiose rend cette interaction très vulnérable à toute modification environnementale. Par exemple, le réchauffement est l’une des principales causes du blanchissement des récifs coralliens, qui survient lorsque l’animal perd son allié microscopique : une algue logée dans des cellules coralliennes qui lui fournit, grâce à la photosynthèse, les nutriments nécessaires à leur survie (sucres, acides aminés) . La disparition des algues sous l’effet de l’augmentation de la température de l’eau provoque à son tour la mort du corail. Ainsi, si l’animal tire des avantages vitaux de sa dépendance étroite vis-à-vis de son partenaire symbiotique, il hérite également de ses faiblesses.
Dans les écosystèmes terrestres, de nombreuses études explorent l’effet des symbiotes sur les pucerons, fidèles soldats de laboratoire pour les uns, ravageurs douloureux des jardins et des cultures pour les autres.
Le puceron est un organisme modèle pour l’étude de la symbiose microbienne chez les insectes – Wikimedia CC BY-SA 3.0 (via The Conversation)
Comme les coraux, les pucerons hébergent un symbiote “obligatoire” appelé Buchnera aphidicola : une bactérie qui fournit des nutriments essentiels que l’insecte ne peut pas trouver par lui-même dans son alimentation à base de sève. En retour, le puceron lui offre hébergement, abri et transport, car la bactérie se multiplie à l’intérieur des cellules de l’insecte, avant d’être transmise à la progéniture.
La bactérie B. aphidicola subit des variations thermiques liées au changement climatique, tout comme son hôte « à sang froid », incapable de maintenir une température corporelle stable. Une augmentation de la température extérieure induit donc une diminution de cette population bactérienne, à partir de 25 °C. Et comme le puceron ne peut vivre sans la bactérie, véritable maillon faible de l’interaction, le système s’effondre bien avant d’atteindre des températures qui pourraient affecter directement l’insecte.
Location et colocation : mieux c’est, plus on survit longtemps
Certaines espèces de pucerons ne s’arrêtent pas là et peuvent être associées à des bactéries “facultatives”, qui leur procurent des avantages variés mais pas toujours vitaux selon le contexte environnemental. Par exemple, certaines bactéries facultatives telles que Serratia symbiotica augmentent la résistance du puceron à la chaleur en empêchant l’effondrement de la symbiose. Le mécanisme fait en réalité intervenir un trio : la bactérie facultative S. symbiotica ne protège pas directement le puceron des températures élevées, mais limite le déclin des populations de la bactérie obligatoire B. aphidicola en libérant certaines molécules, ce qui profite également à l’insecte puceron. en revanche, S. symbiotica n’apporte aucun bénéfice (et peut même être nocif) si le puceron reste exposé à des températures tolérables (généralement inférieures à 25 °C).
A l’intérieur du corps du puceron, on observe un trio : certaines cellules d’insectes appelées bactériocytes (en bleu) peuvent abriter la bactérie obligatoire Buchnera aphidicola (en vert) ou la bactérie facultative Serratia symbiotica (en rouge) – Monin et al. (2020) – Biologie actuelle (via The Conversation)
Le propriétaire (l’insecte), un locataire (la bactérie obligatoire), des colocataires (la bactérie facultative), et le réchauffement climatique susceptible de mettre fin au bail (les bénéfices que chacun tire de l’association). Dans ce contexte, le partenaire bactérien obligé apparaît comme le talon d’Achille de l’interaction.
Vient ensuite l’intérêt de s’associer à des bactéries facultatives qui agissent comme une assurance-vie lorsque les conditions environnementales deviennent défavorables.
Bactéries facultatives : parfaites colocataires ou squatters ?
Tout cela est un peu trop beau pour être vrai, selon certaines études scientifiques : loin d’une romance sentimentale, le lien entre insecte et symbiote est très pragmatique, chacun tirant la feuille de côté pour en tirer le meilleur parti. Certes, ces symbioses se sont maintenues tout au long de l’évolution car elles apportent des bénéfices aux deux parties.
Cependant, deux règles prévalent dans la nature : rien n’est simple et rien n’est gratuit.
Rien n’est simple, car les pucerons peuvent héberger simultanément plusieurs espèces de bactéries facultatives. Outre la fonction de tolérance à la chaleur, certaines protègent leur hôte des ennemis naturels (parasites, prédateurs), et d’autres lui permettent de coloniser de nouvelles espèces végétales.
Pucerons sur une plante hôte – Andreas Eichler / Wikimedia Commons 3.0 (via The Conversation)
Rien n’est gratuit, car héberger un symbiote reste une infection et la prolifération bactérienne coûte cher à la santé de l’insecte. Ces coûts sont compensés par les avantages apportés par les bactéries, et les deux dépendent de l’environnement.
Dès lors, la question est de savoir comment le réchauffement climatique peut modifier cet équilibre coûts/bénéfices qui décidera du sort de chacun des partenaires. Parmi les gagnants, les bactéries protectrices de la chaleur pourraient se propager à travers les populations de pucerons. D’autre part, d’autres bactéries pourraient être perdues si les fonctions bénéfiques qu’elles sont normalement censées fournir échouent.
Très pragmatiquement, si le puceron ne tire plus un bénéfice direct de son association avec une bactérie optionnelle, il pourrait « résilier le bail ».
Au-delà des pucerons
Nous parions que peu pleureraient la disparition d’un ravageur notoire ou d’une bactérie obscure au nom imprononçable. Mais les herbivores sont un maillon essentiel des écosystèmes terrestres, dont dépend la survie de nombreuses espèces qui les consomment.
Surtout, les connaissances issues de la recherche sur les pucerons permettent de comprendre comment un système complexe composé d’un hôte et d’un assemblage microbien peut répondre à une perturbation environnementale. Les découvertes sur ces systèmes peuvent aider à mieux comprendre comment des associations plus complexes font face et s’adaptent aux changements mondiaux actuels.
Cette déclaration pourrait s’appliquer aux communautés microbiennes extrêmement diverses qui résident dans le système digestif de nombreux mammifères, y compris l’espèce humaine. Une équation au nombre vertigineux d’inconnues, mais des perspectives de recherche de plus en plus passionnantes.
Cette analyse a été rédigée par Kévin Tougeron, chercheur en écologie à l’Université de Picardie Jules Verne, et Corentin Iltis, chercheur en écologie à l’Université catholique de Louvain (Belgique) L’article original a été publié sur The Conversation.
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