S’unir pour évoluer : ça paye de coopérer -MIT

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S’unir pour évoluer : ça paye de coopérer -MIT 1567 1567 Sébastien BAGES

Les cellules de levure qui partagent la nourriture ont un avantage de survie par rapport à leurs voisins pique-assiette – en particulier quand il y a compétition bactérienne.


De nombreuses espèces présentent des stratégies de survie par la coopération – par exemple, le partage de nourriture ou alerter des semblables quand un prédateur est à proximité. Cependant, il y a de temps à autre des “petits malins” qui vont profiter de coopérateurs. Ceci peut être vu chez les microbes tels que la levure, où les “tricheurs” consomment la nourriture produite par leurs voisins sans leur apporter le moindre soutien.

À la lumière de ces faits, les biologistes évolutionnistes se sont longtemps demandé pourquoi la coopération demeure une stratégie de survie viable, même s’il y en a d’autres qui trichent. Des physiciens du MIT ont trouvé une réponse possible à cette question : parmi les levures, les membres coopératifs de la population vont effectivement avoir une meilleure chance de survie que les tricheurs, quand une espèce concurrente est introduite dans un environnement.

Ce dispositif expérimental – dans lequel la levure doit coexister avec un concurrent bactérien – se rapproche plus des milieux naturels, où les espèces sont souvent en concurrence, avec d’autres, pour la nourriture et d’autres ressources rares.

« Il est très difficile d’étudier ces choses dans un contexte vraiment naturel », a expliqué Jeff Gore, professeur adjoint de physique au MIT, et auteur principal de la nouvelle étude, qui apparaît dans la revue Molecular Systems Biology du 13 novembre. « Ces travaux peuvent agir comme un pont entre des expériences composées d’une seule espèce et de la dynamique très complexe des écosystèmes qui sont là-bas [naturels] ».

Hasan Celiker, étudiant diplômé du MIT en génie électrique et informatique, est l’auteur principal du papier.

 

Les tricheurs doivent prospérer… parfois

Gore et Celiker ont étudié une souche de levure dont la pérennité repose sur de petites sources de sucres tels que le glucose et le fructose pour se nourrir. Lorsque les cellules de levure sont cultivées dans un tube à essai contenant du saccharose, certaines sécrètent une enzyme qui décompose le sucrose en petits sucres dont la plupart se diffusent [partout dans le tube à essai] et sont donc disponibles à n’importe quelle cellule de levures à proximité.

En 2009, Gore et ses collègues ont publié une étude montrant que dans une population stable de ces levures, les parasites dominent. Seulement 14% des cellules de levure coopèrent en sécrétant des enzymes métaboliques, tandis que le reste se repose sur la générosité du travail des autres.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont voulu rendre leur système expérimental plus proche de la complexité des milieux naturels. « Notre approche consiste à commencer par le système le plus simple possible », a dit Gore. « Comme nous aimerions essayer de comprendre ces interactions plus complexes entre les différentes espèces, de sorte que nous fassions un petit pas dans cette direction, nous avons ajouté une concurrence bactérienne ».

Cette concurrence bactérienne consomme une grande partie du sucre produit par la levure coopérative, et est également en concurrence pour d’autres ressources, comme les nutriments. Après que ces bactéries aient été ajoutées, le pourcentage de collaborations dans la population de levures a augmenté à environ 45%.

Ce n’est pas parce que la levure “décide” de devenir plus coopérative, comme les humains pourraient l’être lorsqu’ils sont confrontés à l’adversité, a toutefois signalé Gore. Cette réaction est déterminée uniquement par la génétique. « C’est tout l’avantage de faire des expériences avec des populations microbiennes : Il y a des mécanismes que nous pouvons comprendre [ndlr : plus facilement qu’un être vivant complexe] », a-t-il expliqué.


 

Concurrence additionnelle

Dans ce cas de figure, les chercheurs ont découvert deux mécanismes à l’œuvre. Tout d’abord, face à une concurrence supplémentaire pour les sucres, les coopérateurs ont un léger avantage sur les tricheurs, parce qu’ils ont un accès facilité pour le sucre qu’ils produisent eux-mêmes.

Un mécanisme connexe concerne la densité de population. Lorsque des bactéries sont présentes, la population globale de levure reste inférieure et est forcée à se répandre de plus en plus, ce qui augmente la difficulté des piques-assiettes à trouver de la nourriture.

« Les cellules tricheuses peuvent vraiment se répandre quand il y a beaucoup d’autres levures, car elles produisent beaucoup de sucre pour eux. Si elles ne sont pas très nombreuses, alors il devient difficile pour les tricheurs de se propager », a expliqué Gore.

« L’étude marque une étape importante vers l’intégration des interactions entre les espèces dans la compréhension des scientifiques sur l’évolution de la coopération », a déclaré Michael Brockhurst, professeur de biologie à l’Université de York.

« Cela suggère que les effets des interactions entre espèces sur les traits sociaux dans les communautés naturelles peuvent être très dynamiques et complexes, et de fournir ainsi un domaine mûr pour de futures recherches », a déclaré Brockhurst, qui ne faisait pas partie de l’équipe.

Bien que l’expérience n’ait pas précisément reproduit les conditions naturelles, elle montre qu’il est important d’essayer de s’en rapprocher au plus près possible, a conseillé Gore.

« Si vous étudiez quelque chose en isolement, comme une levure dans un tube à essai, on pourrait conclure que la coopération est très instable », a-t-il dit. « Mais si vous observez ces populations à l’état sauvage, où les densités sont limitées et où elles doivent interagir avec toutes ces autres espèces, on peut arriver à des conclusions très différentes sur la façon de déterminer le niveau de difficulté pour le comportement coopératif dans la survie ».

Dans de prochaines études, Gore espère ajouter encore à la complexité des écosystèmes expérimentaux microbiens, y compris la variation de la taille de l’habitat de la levure.


Crédit image À-la-Une : Cellules de Saccharomyces cerevisiae dans un microscope à contraste interférentiel.
Citations du MIT

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Sébastien BAGES
About the author

Sébastien BAGES

Plus de trois années de travail passionné sur Civilisation 2.0 Actus, et fondateur de l'association Civilisation 2.0, je mets à contribution mon expertise de veille technique et scientifique, mon analyse de chef de projet, mon engouement pour la science et ses outils, et mon expérience dans le développement stratégique afin d'offrir à tous ce qui en résulte.

Un commentaire
  • Civilisation 2.0 : "S’unir pour évoluer, ça paye de coopérer | Technos et humain | Scoop.it 20 novembre 2012 à 17h19

    […] Les cellules de levure qui partagent la nourriture ont un avantage de survie par rapport à leurs voisins pique-assiette, en particulier quand il y a compétition bactérienne. De nombreuses espèces présentent des stratégies de survie par la coopération – par exemple, le partage de nourriture ou alerter des semblables quand un prédateur est à proximité. Cependant, il y a de temps à autre des "petits malins" qui vont profiter de coopérateurs…  […]

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