Les secrets intimes de la photosymbiose dans le plancton marin
Publié par Adrien le 27/05/2019 à 08:00
Source: CEA

(c)Johan Decelle
Dans l'étude de la symbiose entre deux micro-organismes du plancton marin, des chercheurs du CEA-Irig montrent par des approches d'imagerie de pointe que l'architecture cellulaire et le métabolisme d'une micro-algue dans un hôte sont modifiés par rapport à leur état non symbiotique et mettent en évidence une nouvelle forme de symbiose (La symbiose est une association intime et durable entre deux organismes hétérospécifiques (espèces différentes), parfois plus. Les organismes sont qualifiés de symbiotes, ou, plus rarement symbiontes ; le plus...).

Parfois deux organismes très différents s'associent de façon quasi-indissociable pour constituer une forme symbiotique qui peut être considérée comme un nouvel organisme à part entière. Lorsque l'un des organismes d'une symbiose utilise la photosynthèse (La photosynthèse (grec φῶς phōs, lumière et σύνθεσις sýnthesis, composition) est le processus...) (comme une micro-algue), on parle de photosymbiose. Ce type d'association, retrouvé par exemple dans les récifs coralliens, est essentiel aux écosystèmes marins.

Un nouveau mode de photosymbiose

Quand ils découvrent en 2012 que la symbiose des acanthaires et des Phaeocystis, les chercheurs constatent que ces micro-algues, une fois intégrées dans leur hôte, changent d'aspect par rapport à leur vie (La vie est le nom donné :) à l'état libre. Ils se demandent alors si cette association profite réellement aux deux organismes ? "À l'époque, nous n'avions pas les outils de microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de rendre...) ni les protocoles requis pour maintenir les cellules dans leur état natif. Ce fut une partie essentielle développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de courbure. On peut aussi la décrire comme l'enveloppe de la famille des droites normales...) à Grenoble. En effet, il fallait être en mesure d'observer précisément ce qui se passe dans les cellules" explique Johan Decelle, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont...) à l'Irig. "C'est essentiel pour déchiffrer le rôle de chaque partenaire, pour mettre en évidence les mécanismes physiologiques, structurels et métaboliques qui sous- tendent les interactions cellule-cellule." Grâce aux technologies d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par...) subcellulaire complétées par des analyses physiologiques, les chercheurs sont en mesure d'apporter un élément de réponse: "Nous avons découvert un nouveau mode de photosymbiose, qui ne correspond pas du tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à ce que l'on observe chez les coraux ou les lichens" raconte le chercheur. "Au sein de l'acanthaire, les micro-algues subissent une transformation radicale de leur organisation (Une organisation est) structurelle et de leur métabolisme (Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue...). Cette transformation, vraisemblablement induite par l'hôte, maximise l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) photosynthétique de l'algue (Les algues sont des êtres vivants capables de photosynthèse dont le cycle de vie se déroule généralement en milieu aquatique. Elles...)."


Un acanthaire (hôte) de 100-200 µm de longueur avec ses micro-algues symbiotiques
intracellulaires (cellules jaunes). © Johan Decelle

Véritable symbiose ou "culture" ?

Dans les acanthaires, les chercheurs ont observé une augmentation du volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) des micro-algues mais aussi une augmentation de la taille et du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de leurs chloroplastes et de leurs membranes photosynthétiques augmentant drastiquement la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) photosynthétique. De plus, la visualisation des nutriments (azote, phosphore) à l'intérieur des cellules, rendue possible grâce à l'imagerie chimique, montre que l'algue investit plus dans sa machinerie énergétique que dans sa propre croissance. D'ailleurs, ces micro-algues symbiotiques sont également appauvries en phosphore (Le phosphore est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole P et de numéro atomique 15.) comparativement au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) libre, ce qui pourrait expliquer l'absence de division (La division est une loi de composition qui à deux nombres associe le produit du premier par l'inverse du second. Si un nombre est non nul, la fonction "division par ce nombre" est la réciproque...) cellulaire au sein de l'hôte. À l'ESRF de Grenoble, les chercheurs constatent également que les Phaeocystis stockent dans leurs vacuoles de bien plus grandes concentrations de métaux essentiels (fer et cobalt) lorsqu'elles sont dans leur hôte que sous leur forme libre. La photosymbiose des acanthaires et des Phaeocystis se traduit donc par un remodelage morphologique et métabolique extrême des micro-algues, qui n'avait jamais été observé auparavant dans d'autres photosymbioses comme les coraux.

Finalement, cette symbiose semble correspondre davantage à une stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) de l'hôte visant à réduire la croissance de ses symbiotes tout en maximisant leur photosynthèse et leur rendement. Autrement dit, il s'agit plutôt d'une "culture" d'algues (ou "farming") par l'acanthaire, voire un parasitisme inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x =...), où le plus grand est le parasite du plus petit. Peut-être une étape de l'évolution des espèces photosynthétiques.

Références

Algal remodeling in a ubiquitous planktonic photosymbiosis | Current Biology
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