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Un article sur les relations entre Rhipsalis teres et les fourmis

18 juin 2007 1 18 /06 /juin /2007 18:22

 

« Juste à ce moment, je ne sais pourquoi, (Alice et la Reine Rouge) se mirent à courir.
Ce qu'il y avait de plus curieux, c'est que les arbres et tous les objets qui les entouraient ne changeaient jamais de place : elles avaient beau aller vite, jamais elles ne passaient devant rien.
« Je me demande si les choses se déplacent en même temps que nous ? » pensait la pauvre Alice, tout intriguée.
Et la Reine semblait deviner ses pensées, car elle criait : « Plus vite ! Ne parle pas ! »
(…) Alice regarda autour d'elle d'un air stupéfait.
- Mais voyons, s'exclama-t-elle, je crois vraiment que nous n'avons pas bougé de sous cet arbre ! Tout est exactement comme c'était !
- Bien sûr, répliqua la Reine ; comment voudrais-tu que ce fût ?
- Ma foi, dans mon pays à moi, répondit Alice, encore un peu essoufflée, on arriverait généralement à un autre endroit si on courait très vite pendant longtemps, comme nous venons de le faire.
- On va bien lentement dans ton pays ! Ici, vois-tu, on est obligé de courir tant qu'on peut pour rester au même endroit.
»

 
(Lewis CarrollAlice au pays des merveilles – De l’autre coté du miroir).

 

***

Pour illustrer à quel point la Nature évolue vers une guerre de tous les instants, et donner une idée de l’intrication de tous les domaines de la vie, voici la parabole - digne des fables de La Fontaine - du sphinx, du tabac, du virus et de la guêpe.

Cette lutte entre divers organismes - véritable course aux armements - illustre la Théorie de la Reine Rouge (aussi appelée Paradoxe de le Reine Rouge), développée par l'américain Leigh Van Valen dans les années 1970. Cette théorie de la coévolution est issue de l’observation du fait que la probabilité d’extinction d’une espèce ou d’un clade reste constante tout au long de son évolution dans le temps : l’effort d’adaptation d'une espèce n’atteint jamais complètement son but et est toujours à recommencer, indépendamment des changements de l’environnement physique.

Ce sont les facteurs biotiques qui constituent le principal moteur de l’évolution et l’essentiel de la pression de sélection qui s’exerce sur les êtres vivants. Chaque avancée évolutive d’une espèce face à son environnement contraint les autres à s’adapter en retour, car cette évolution des uns est perçue comme une détérioration de l’écosystème par les autres : les espèces sont obligées d’évoluer pour ne pas être dépassées par les organismes avec lesquels elles sont en compétition.


Dans le 2ième volet des aventures de Alice, De l'autre côté du miroir, Alice et la Reine rouge courent pour pouvoir rester à la même place dans un paysage qui ne change pas.
Comme Alice et la Reine Rouge, les espèces sont entraînées dans une course à l’adaptation pour pouvoir « rester à la même place » dans la biosphère. En effet, en matière d’environnement « l’enfer c’est les autres ».

 

Le sphinx, le tabac, le virus et la guêpe

Une étude publiée récemment (PNAS vol. 103, 2006) montre que, même si elles n’ont pas de jambes pour se sauver et de bras pour se défendre, les plantes ne sont pas sans ressources contre les attaques des insectes : 

 

 Le tabac sauvage (Nicotiana attenuata), comme presque tous les solanacées, fabrique des alcaloïdes pour empoisonner ses prédateurs : ici de la nicotine.
Hors il se trouve que l’un de ses principaux ennemis, le sphinx du tabac (Manduca sexta), a développé une résistance à la nicotine et ses chenilles dévorent ses feuilles sans soucis.

 

manduca-sexta-sphinx-du-tabac-larve-1.jpgLe tabac met alors en place une série de contre-attaques :

- Il détecte la présence des chenilles du sphinx grâce à des molécules particulières (acides gras conjugués à des acides aminés) que l’insecte dégage.

- Il ralentit alors sa synthèse de nicotine (devenue inutile) et va synthétiser à la place des molécules volatiles qui ont pour fonction d’attirer les prédateurs du sphinx du tabac.

- En même temps, le tabac met les chenilles au régime : il ralentit la synthèse de la sous-unité de l'enzyme gal3 dans ses feuilles, ce qui a pour effet que le carbone absorbé par la plante grâce à la photosynthèse n’est plus utilisé pour fabriquer de nouvelles tiges et des feuilles, menacées par les chenilles. Les molécules carbonées quittent rapidement les feuilles et sont dirigées vers les racines, pour être mises à l’abri sous terre des attaques de l’insecte.


Quand le tabac détecte que les chenilles ont disparues (dévorées par les prédateurs qu’il a attiré ou changées en papillons), il rapatrie sa réserve de carbone stockée sous terre pour refabriquer tiges et feuilles.

C'est la première fois que cette "mise à l'abris" du carbone, dans la lutte des plantes contre les insectes, est mise en évidence .

 

Quel est ce fameux prédateur qui s’attaque aux chenilles du sphinx ? Il s’agit de la guêpe Cotesia congregata qui, comme beaucoup d’autres hyménoptères, a des larves qui parasitent d’autres insectes.


La guêpe pond ses œufs dans la chenille du sphinx. Leur hôte se fait ensuite dévorer vivant par les larves de la guêpe et en meurt lorsque ces dernières, arrivées à maturité, s’extraient du corps moribond de la chenille pour se métamorphoser en adultes volants.

Le sphinx a bien sûr déployé au cours de l’évolution des mécanismes de défense : ils consistent à entourer les œufs du parasite d’une gangue de cellules qui libèrent des composés toxiques pour détruire ces corps étrangers. En réponse, la guêpe a elle-même évolué pour mettre en place les moyens d’éviter les défenses immunitaires de la chenille, et ce sont ces moyens - dont l’origine est estimée à 73 millions d’années - qui étonnent par leur caractère inattendu et innovant (Science. 2004; 306).

Des particules virales sont en effet introduites par la guêpe dans le corps de la chenille lors de la ponte, en même temps que ses oeufs. Ce virus (un polydnavirus) va se multiplier dans la chenille et va manipuler la physiologie du sphinx pour servir la guêpe : le virus inactive les mécanismes de défense de l'hôte et perturbe le développement de la chenille parasitée de telle sorte qu’elle n'effectue pas sa métamorphose et reste bloquée dans un stade prépupal, ce qui permet au parasite d'achever son propre développement.
Il n’y a pas d’autre exemple connu d’utilisation par un organisme d’un partenaire viral pour supprimer les défenses d’un autre organisme.

L’origine de ces virus introduit dans la chenille, produits par les cellules des ovaires de la guêpe et entièrement à son service, est ce qui surprend le plus :


Première surprise, le génome du virus, de grande taille, révèle une organisation complexe qui ressemble plus à une région génomique d'eucaryote (les organismes dont les cellules sont munies de noyaux) qu'à celle d'un virus. Ce génome viral ne contient aucun ensemble de gènes que l'on puisse relier à une famille virale connue, et 42 % des gènes du virus n'ont pas d'homologie avec des gènes déjà décrits auparavant.
Autre caractéristique singulière, les protéines produites à partir de certains de ces gènes contiennent des domaines précédemment décrits dans des toxines utilisées par des bactéries pathogènes (Pseudomonas, Yersinia, Salmonella,...) ou des vers parasites, autrement dit par des bactéries et des eucaryotes.

L'hypothèse expliquant l’existence de ces polydnavirus est qu’ils ne descendraient donc pas d'un autre virus : ils auraient été construits de toute pièce par la guêpe à partir de son propre génome.
Les gènes de virulence du polydnavirus pourraient avoir été extraits du génome de la guêpe au cours de l'évolution, et seuls les gènes des protéines des capsides (la paroi du virus) entourant ce génome seraient d'origine virale, acquis autrefois par la guêpe au cours d'une infection virale et détournés à son profit. Tout se passe comme si la guêpe envoyait une partie de son génome combattre le système immunitaire de la chenille.

"La nature a ici développé une technique de transfert de gènes qui fait songer aux approches médicales actuellement entreprises pour fabriquer des pseudovirus utilisés pour véhiculer des gènes à visée thérapeutique et leur permettre de s'exprimer."



Alice et la Reine Rouge
courent contre un paysage mobile symbolisant les autres, pour que ce paysage reste identique. Il faut imaginer la Reine Rouge comme étant toujours quelques pas en arrière vis-à-vis du paysage qu'elle espère rattraper : la sélection naturelle ne peut qu'être en retard sur le changement de l'environnement auquel elle répond, et l'adaptation d'une espèce est toujours en retard sur le changement du milieu. Cette co-évolution nécessite que la diversité génétique des espèces soit constamment renouvelée, elle n'a pas pour terme une quelconque adaptation d'une espèce à une autre et ne débouche jamais sur aucun équilibre stable.
En appliquant cette logique de course à l'innovation des espèces les unes contre les autres, on pourrait penser qu'il s'établit alors entre les espèces en coévolution un équilibre dynamique qui n'a potentiellement pas de fin : les espèces se modifieraient en permanence et aucune ne devrait disparaître. En fait, les espèces qui s'éteignent sont celles qui « lâchent la main de la Reine Rouge » - pour reprendre l'expression de Claude Combes - c'est-à-dire qu'elles se font distancer par les espèces avec lesquelles elles sont en concurrence et, au delà d'un certain écart, ne peuvent plus rattraper leur retard d'adaptation. Pour bien comprendre cette théorie il faut se placer sur des temps géologiques : les stabilités écologiques observées ne durent qu'un temps, tôt ou tard les systèmes biologiques deviennent instables et conduisent des espèces à l'extinction.

La Théorie de la reine rouge est profondément anti-finaliste : pour une espèce il ne s’agit pas d’atteindre un plateau évolutif, mais simplement de se maintenir en vie. Il n’y a dans l'évolution aucune place pour un plan prédéterminé et pour des adaptations qui assureraient un succès évolutif durable. La contribution de Van Valen à la théorie de l'évolution n'est pas de nous apporter des éléments de compréhension sur l'adaptation des organismes (peu de choses restent à dire depuis Darwin), mais de nous apprendre d'où vient la complexité.


 Quatre remarques :

1/ Avec la théorie des jeux, John Maynard Smith a exploré le versant de la pression de sélection opposé à celui de la Reine Rouge : celle qu'exerce entre eux les individus d'une même espèce au sein d'une population. Pour Maynard Smith l'essentiel de la compétition entre individus a lieu dans une même espèce, et non entre espèces différentes, parce que les organismes qui constituent une espèce sont en compétition pour les mêmes ressources.


2/
La Théorie de la Reine Rouge est à rapprocher de la solution apportée par William D. Hamilton au «Paradoxe de la variation en voie d'extinction» (thème hors sujet ici et donc non détaillé dans cet article) :

L'ensemble des organismes de la biosphère est soumis à des vagues constantes d'attaques parasitaires, au point que les parasites et les agents pathogènes constituent sans doute la principale pression de sélection qui s'exerce sur les êtres vivants. Mais ces attaques parasitaires sont fluctuantes et variées, et le sens de la pression de sélection exercée par les parasites sur les organismes n'est pas constant mais varie avec elles. Il n'existe donc pas de modèle de résistance idéal pour chaque organisme attaqué, ni d'adaptation constante : les conséquences du parasitisme renvoient à celles de la Théorie de la Reine Rouge par leurs absences de sens évolutif et de plateau d'adaptation pour les espèces.

Hamilton utilise ces attaques parasitaires fluctuantes comme base de sa théorie sur la raison de l'existence du sexe.


3/
La théorie de la reine Rouge peut être étendue aux conflits sexuels, qui mettent en évidence le fait que les organismes sexués sont en conflits pour leur reproduction. Les mâles sont rivaux entre eux pour la conquête des femelles, les femelles sont rivales pour l'exploitation des ressources destinées à nourrir leurs progénitures, et il existe surtout un conflit majeur entre mâles et femelles dans lequel chaque sexe essaye de promouvoir sa descendance en exploitant l'autre sexe ou bien cherche à augmenter sa reproduction au détriment de l'autre sexe. Les mâles manipulent les femelles et les femelles développent des caractères de résistance aux manipulations dont elles sont l'objet. Cet antagonisme des sexes constitue aussi une course aux armements.

 

4/ Pourquoi courir pour rester sur place ? demande Alice. Pourquoi n'y a-t-il pas un « consensus » entre espèces pour arrêter cette course folle et extrêmement couteuse ? Richard Dawkins clos sans doute ce débat en ramenant l'idée de course aux armements au niveau génétique: «Pouvons nous réfléchir aux qualités universelles que nous nous attendrions à trouver dans l'ensemble des bons gènes (c'est-à-dire immortels) ?» demande t-il, et «Quelles sont les propriétés qui font qu'un gène est «mauvais» et qu'il ne dure pas longtemps ?». Il y répond par la constation suivante : «l'altruisme doit être mauvais et l'égoïsme bon» pour la survie.

Comme beaucoup d'autres biologistes, Dawkins pense que l'information génétique est la véritable cible de la sélection. Les allèles d'un gène sont en perpétuelle concurrence pour s'assurer «une place sur les chromosomes des générations futures». Tout allèle qui est capable d'accroitre ses chances de propagation dans le pool génique d'une espèce au dépend des autres allèles aura par définition tendance à perdurer. Il note que pour un allèle «les autres allèles sont ses ennemis mortels, mais les autres gènes font seulement partie de son environnement».
Dawkins conclut: «le gène est l'unité de base de l'égoïsme», et par conséquence il est aussi l'unité de base de la course aux armements.

 

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