La plus grande diversité

2010/06/01 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Les micro-organismes sont très abondants. et ils sont partout. D'accord, ce n'est pas nouveau. Dans les océans, par exemple, les experts considèrent que 95% de la biomasse totale est couverte par des microbes. Dans notre corps aussi, nous avons dix micro-organismes par cellule dans la peau, dans le tube digestif, etc. Les bactéries qui occupent un hectare de terrain égalent le poids d'une vache et les protozoaires, de deux moutons.

Récemment, la découverte d'un manteau microbien de la taille de la Grèce au large des côtes chiliennes et péruviennes a été publiée dans les médias. Les experts commencent à dire que c'est la formation avec la plus grande concentration des êtres vivants du monde. C'est l'une des découvertes faites dans un grand projet appelé Recensement des marins vivants. Près de 300 scientifiques participent au projet et en octobre, une fois le recensement terminé, plus de 300 expéditions seront réalisées.

L'un des quatre projets mis en place pour l'élaboration d'un recensement complet vise à connaître les micro-organismes marins, tandis que les trois autres étudieront les écosystèmes en eau profonde, la vie abyssale et le zooplancton. Bien sûr, de grandes découvertes ont été faites dans tous les projets, mais l'expert qui participe à l'élaboration du recensement microbien, Mitch Sogin, de la Marine Biological Laboratory des États-Unis, a affirmé que "l'ampleur des découvertes dans d'autres domaines n'est pas comparable à celle de l'étude microbienne".

En fait, notre connaissance des micro-organismes est très faible. Comme l'a souligné Linda Amaral-Zettler, l'un des leaders du projet d'étude des microbes, « nous sommes encore en phase de découverte quant à la biodiversité microbienne ». Ce n'est pas exclusif aux micro-organismes marins. Le Service Bio Intelligence de l'Union Européenne a publié en février un rapport dans lequel il affirme que nous ne connaissons que 1% des bactéries de la terre.

La vérité est qu'on ne peut pas savoir exactement quel est ce pourcentage, car on ne sait pas encore combien d'espèces il y a de tout, mais en analysant une communauté donnée, les experts ont découvert que, au mieux, on ne connaissait que 1% du total des espèces existantes, qui ne pouvaient croître que dans les cultures pures pour leur étude approfondie.

Les micro-organismes ont été trouvés dans tous les écosystèmes de la Terre étudiés et on a toujours trouvé beaucoup plus de micro-organismes que prévu. Il n'est donc pas possible de réaliser des estimations fiables. On estime qu'il y a plusieurs dizaines de millions et un milliard d'espèces de bactéries sur Terre. L'existence de cette différence "montre quelle ignorance nous sommes en matière de micro-organismes", affirme Carles Pedrós-Alió, professeur, chercheur et expert en micro-organismes de l'Institut des Sciences de la Mer de Barcelone du CSIC.

Définition des espèces, moléculaire

Connaître le nombre d'espèces n'est pas un défi. En fait, les micro-organismes échappent à la définition traditionnelle de l'espèce. Selon cette définition, le croisement de deux êtres vivants entre eux donne lieu à des événements reproductifs de la même espèce. Les bactéries, par exemple, sont reproduites asexuellement. « C'est un concept de l'espèce encore non résolu », explique Emilio Casamayor, microbiologiste du département d'écologie continentale du Centre d'études avancées du CSIC de Blanes.

D'autre part, les macroscopiques vivants sont généralement fondées sur des caractéristiques morphologiques pour la séparation des espèces. Dans le cas des micro-organismes, cependant, en regardant le microscope "on ne voit que des saucisses, des croquettes et des balles", explique Pedrós-Alió. Par conséquent, les caractéristiques morphologiques ne servent pas non plus à définir les espèces.

Ainsi, les écologistes, microbiologistes, taxonomes et phylogénéticiens qui étudient les microbes ont dû recourir à des techniques moléculaires à la recherche des différences entre les différentes espèces, selon leur proximité génétique.

La barre est utilisée, par exemple, la séquence de l'ARN ribosomique 16S, la séquence d'un des composants des ribosomes. Puisque les ribosomes ont la fonction de synthétiser des protéines, ils apparaissent dans chaque être vivant, de sorte que ces séquences d'ARN sont très utiles pour effectuer des comparaisons. Dans le cas de l'ARN ribosomique 16S, deux individus doivent avoir en commun 97% de cette séquence pour être considérés comme un de la même espèce.

"Nous avons vu qu'avec cette définition, nous minimisons fortement la diversité réelle existante --nuance Pedrós-Aliok--. Il y a des bactéries qui ont exactement 99% de cette séquence d'ARN et, en l'analysant plus précisément, nous avons réalisé qu'elles devraient être des espèces différentes ». Cependant, les experts ont décidé de ne pas modifier ce pourcentage pour éviter une surestimation.

Eh bien, par mépris, ils ont vu qu'ils ont pu identifier de nombreuses espèces qu'ils ne pouvaient pas identifier jusqu'à présent. « Jusqu'à il y a 20 ans, la connaissance des micro-organismes n'était qu'une petite fenêtre sur ce qui existe réellement », explique Casamayor. En effet, avant les techniques moléculaires, les micro-organismes étaient cultivés sur des plaques de culture, c'est-à-dire dans des milieux très riches en aliments, à des températures inhabituelles dans la nature... « Et les micro-organismes sont habitués à des conditions plus sévères, dit Casamaya, par exemple à des environnements peu alimentaires, de sorte que dans des zones très comestibles, beaucoup ne grandissent pas ».

Découvrir les écosystèmes au niveau du micro-organisme

Séquencer les génomes des micro-organismes et établir des comparaisons entre séquences sert non seulement à la taxonomie, c'est-à-dire à élaborer des listes d'espèces et des classements. Il est également très utile pour les écologistes en microbiologie pour réaliser des études au niveau des écosystèmes : analyse de la distribution des espèces, étude du processus de spéciation, connaissance de la richesse des espèces des écosystèmes, etc. On analyse, entre autres, si les connaissances au niveau macroscopique sur les écosystèmes correspondent au niveau micro-organisme.

Et les résultats obtenus ne sont pas toujours affirmatifs. Par exemple, en matière de biodiversité, nous avons défini sur Terre des biomas riches et pauvres. Les forêts tropicales sont considérées comme l'un des endroits les plus riches en biodiversité et les déserts parmi les plus pauvres. Ou dans la mer, par exemple, la diversité des espèces est plus grande dans des zones peu profondes que dans de grandes profondeurs.

En 2006, deux chercheurs de l'Université de Duke et de l'Université du Colorado, dans un article publié dans le magazine PNAS en ligne, ont souligné que l'Amazonie est un désert en termes de diversité des bactéries et le désert est l'Amazonie. Tout le contraire de celui observé au niveau macroscopique. Selon Casamayor, « il est trop audacieux » de faire ce genre d'expressions retentissantes, car on peut se demander si l'observé est un modèle général ou quelque chose trouvé dans certaines conditions. Il faudrait clarifier quelle est l'échelle à considérer pour la prise d'échantillons dans le monde microscopique.

Cependant, ce n'est pas la seule étude qui a proposé ce type de distribution de biodiversité. Dans le groupe de Carles Pedrós-Alió on étudie ce fait en Méditerranée, et ses recherches ont révélé que la diversité augmente avec la profondeur. Pas le nombre de bactéries, qui est une dizaine de fois inférieur à 2.000-3.000 mètres de la surface de la mer -- sur la surface se situe environ un million d'exemplaires par millilitre -, mais le nombre d'espèces augmente: « Nous voyons que les communautés les plus pauvres sont plus riches en diversité, dit Pedrós-Aliok-. Mais nous ne savons toujours pas si la distribution de la biodiversité en général suit ce modèle ».

Tous partout ?

Un proverbe des années 1920 disait que tous les micro-organismes sont partout et que le milieu détermine ce qui va continuer. Casamayor a illustré cette idée par un exemple: "Si nous prenons un milieu de culture pour les bactéries marines et le plaçons à 2000 mètres de haut, les scientifiques voyaient que dans ce milieu poussent les bactéries marines".

Cependant, dans plusieurs groupes de recherche, comme Casamayorrenea, on trouve des preuves qui remettent en question cette idée. Il est vrai que les micro-organismes se dispersent facilement car ils peuvent se déplacer dans l'eau, dans l'air, collés aux particules de poussière, sur les oiseaux ou à l'intérieur. Mais les chercheurs ont également commencé à observer l'effet de l'île dans les communautés bactériennes. Dans le groupe de Casamayor, par exemple, une étude exhaustive des micro-organismes des lagunes marines et terrestres a été réalisée et on a observé que dans les lagunes quelques populations de micro-organismes sont isolées et ont du mal à accéder à d'autres lagunes avec des conditions similaires.

En outre, ils ont vu que les communautés océaniques ont un degré plus élevé de parenté, à savoir, sont plus semblables. Ces deux découvertes suggèrent que l'expression « tout le monde est partout » n'est pas respectée dans les lacs, de sorte qu'un effet île ne devrait pas se produire entre les lagunes de conditions similaires. En outre, un degré moindre de parenté implique que, parmi les communautés de micro-organismes présents dans les lacs, il n'y a pas beaucoup d'échange génique, de sorte que leur capacité de dispersion est limitée, car tous ne parviennent pas à tous.

Cependant, Casamayor a voulu préciser que ce qui est proposé n'est qu'une hypothèse de travail: « Cette recherche est l'une des premières étapes de la recherche de normes ou de limitations pour l'organisation de micro-organismes dans les communautés et a ouvert de nouvelles lignes de recherche ».

La biosphère des rares

Indépendamment des stratégies de dispersion et de la diversité des micro-organismes existants dans une région donnée, il peut y avoir des méthodes d'identification qui limitent la connaissance. En fait, il y en a qui se trouvent dans une très petite proportion dans la population, et dans les techniques que nous avons pour les identifier, il est indispensable d'être dans une certaine quantité. Sinon, ils sont invisibles.

Les micro-organismes à faible densité ne sont pas rares. Ces micro-organismes sont connus par les experts comme la biosphère des rares. Les conditions environnementales à l'époque sont en faible densité car elles ne sont pas adéquates, mais elles sont une banque de semences qui permettent aux communautés microbiennes de disposer d'une grande capacité d'adaptation habituellement observée. « Lors des rejets du Prestige, nous avons pu démontrer, par exemple, que dans l'eau il y avait des bactéries qui se nourrissaient du pétrole. Il y a un énorme potentiel caché dans ces groupes de bactéries de faible densité, attendant que les conditions du milieu changent », affirme Pedrós-Alió.

Comme les bactéries se reproduisent asexuellement, il suffit que dans une population il y ait un seul exemplaire pour que l'espèce avance. En outre, ils ont leurs propres mécanismes pour "jouer" avec le génome (reproduire des gènes, effectuer des translocations, muter, etc.) et réalisent constamment des tests d'adaptation. Et, comme ils doublent très vite, ils se diversifient beaucoup en très peu de temps. Par exemple, dans une population provenant d'un seul exemplaire, on peut observer que la population générée deux mois après avoir commencé à doubler utilise d'autres sucres dans les bactéries, se reproduit à une autre vitesse, etc.

En général, « nous avons devant nos yeux un monde que nous ne pouvons voir, nous venons de nous rendre compte de son importance, c'est merveilleux », a affirmé Pedrós-Alió.