Diversité microbienne marine entraînée par les stratégies de dispersion
Les compromis entre l’avantage de coloniser de nouvelles particules et le risque d’être anéanti par des prédateurs permettent à diverses populations de microbes marins d’exister ensemble, montre une étude publiée aujourd’hui dans eLife.
La recherche de nourriture microbienne dans des environnements inégaux, où les ressources sont fragmentées en particules, joue un rôle clé dans les environnements naturels. Dans les océans et les systèmes d’eau douce, les bactéries et les microbes peuvent interagir avec les surfaces des particules de différentes manières : certains ne les colonisent que pendant de courtes périodes, tandis que d’autres forment des colonies stables à longue durée de vie.
Les scientifiques sont depuis longtemps intrigués par la diversité plus grande que prévu des créatures microscopiques dans les océans, un phénomène appelé le « paradoxe du plancton ». Alors que les chercheurs ont commencé à comprendre les facteurs qui soutiennent tant de types différents de plancton, de nombreuses questions subsistent sur les microbes océaniques plus abondants qui vivent sur des particules flottantes.
« Nous voulions étudier le rôle que jouent les stratégies de dispersion dans la coexistence réussie de différents microbes vivant sur le même ensemble de particules », explique le co-premier auteur Ali Ebrahimi, qui a terminé l’étude alors qu’il était boursier postdoctoral au Ralph M. Parsons Laboratory for Environmental Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, États-Unis.
Ebrahimi et l’équipe ont utilisé la modélisation mathématique et des simulations informatiques pour tester comment différentes stratégies de dispersion peuvent aider les microbes marins à coexister de cette manière. Ils ont découvert que naviguer différemment dans les compromis entre croissance et survie peut permettre aux microbes de prospérer ensemble.
Leur modèle a montré que les organismes qui restent plus longtemps sur une seule particule ont plus de possibilités de se multiplier. Cependant, ils courent un risque plus élevé d’être anéantis par un virus ou un autre prédateur capable d’engloutir des particules entières. D’autre part, les microbes qui sautent plus fréquemment entre les particules ont moins de possibilités de se multiplier, mais ont également un risque plus faible de faire face à un événement de mortalité de masse. Le succès d’une stratégie par rapport à une autre peut dépendre de conditions environnementales différentes.
« Lorsque l’apport de particules est élevé, les microbes qui sautent rapidement entre eux auront plus de chances de survivre », explique le co-premier auteur Akshit Goyal, Physics of Living Systems Fellow au Département de physique du MIT. « Mais lorsque les particules sont plus difficiles à trouver, les bactéries qui restent en place auront un avantage. »
De plus, l’équipe a découvert que la coexistence peut rester stable face à l’évolution des conditions environnementales, telles que la prolifération d’algues de particules, favorisant la croissance et l’évolution du nombre de prédateurs, favorisant la mortalité. Ensemble, ces différents facteurs augmentent considérablement la probabilité que des populations ayant des stratégies de dispersion diverses puissent vivre ensemble.
« Notre travail s’est concentré sur le lien entre la dispersion et la mortalité dans l’océan, mais il se passe beaucoup plus dans ces environnements », conclut Goyal. « Des recherches futures pourraient fournir de nouvelles informations importantes sur la manière dont les changements environnementaux pourraient avoir un impact sur ces minuscules communautés et, par conséquent, sur leur écosystème marin plus large. »
Référence: Ebrahimi A, Goyal A, Cordero OX. Les stratégies de recherche de particules favorisent la diversité microbienne dans les environnements marins. Coleman ML, éd. eVie. 2022;11:e73948. doi:10.7554/eLife.73948
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