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Guerre dans une goutte d’eau

by Stephanie Orford avr. 13 / 17
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Dans tous les océans du monde, des milliards d’organismes microscopiques chassent pour se nourrir à l’aide d’armes complexes qui fonctionnent tels un harpon ou une mitrailleuse Gatling. 

Les soldats sont des phytoplanctons unicellulaires appelés Polykrikos kofoidii et Nematodinium. Une équipe de chercheurs vient tout juste de mettre au jour les rouages de ces organismes pour la première fois, dévoilant des armes microscopiques et des techniques de chasse étonnamment complexes.

« Il est facile de savoir quand Polykrikos a repéré sa proie, car son corps se raidit et il commence à nager en ronds, comme un petit requin, car il peut sentir sa proie dans l’eau », dit Greg Gavelis, auteur principal de l’article et postdoctorant à l’Université d’état de l’Arizona.

Quand Polykrikos percute sa proie, il lance son harpon, une espèce de tubule-seringue doté d’un stylet pointu et fixé à un long filament faisant office de câble. L’équipe croit que cet appendice transperce l’armure et permet l’injection de venin « comme le ferait une araignée ou un serpent ». Ensuite, le Polykrikos remorque sa proie ailleurs pour la manger. Tout le processus prend environ 15 à 30 secondes.

Patrick Keeling, directeur du programme BMI et Brian Leander, Boursier principal, sont les auteurs principaux de les recherches publiées dans la revue Science Advances.

Nematodinium chasse de façon similaire en lançant onze à quinze projectiles en même temps à l’aide d’une machinerie cellulaire qui fonctionne un peu comme une mitrailleuse Gatling, faisant des tirs rapides avec des capsules sous pression.  

Ces deux chasseurs unicellulaires réalisent ces exploits sans cerveau. Leurs « fusils » sont des organites spécialisés qui fonctionnent de concert pour mener à bien chaque étape du processus de chasse

Tout le processus a évolué au fil de millions d’années sous l’effet de la pression de sélection. Quand sa proie s’est fabriqué une armure pour se protéger, Polykrikos s’est doté, par réaction évolutive, d’un harpon apte à percer les armures. Quand sa proie a appris comment nager rapidement pour s’enfuir, Polykrikos s’est fabriqué un câble de remorque pour l’enchaîner.

« Il s’agit clairement d’une course aux armements, dit Gavelis. Une surenchère d’adaptations où la proie et le prédateur se rendent la pareille pour mener à une arme microscopique vraiment complexe. »

Bien que les chercheurs aient vu ces organites-armes en coupe transversale bidimensionnelle auparavant, leur fonctionnement leur échappait. Pour brosser un portrait plus clair de ce qui se passait, l’équipe a eu recours à la microscopie électronique à balayage par faisceaux d’ions focalisés pour créer un modèle numérique tridimensionnel de la machinerie cellulaire.

« C’est seulement grâce à cette approche tridimensionnelle que nous avons réussi à comprendre comment tout cela s’imbriquait », dit Gavelis.

L’équipe a aussi capté le Polykrikos à l’œuvre sur vidéo haute résolution.

Ce phytoplancton dinoflagellé n’est pas le seul organisme à avoir développé cet armement en forme de harpon. Le dard des méduses comporte aussi des structures qui ressemblent à un harpon.

Toutefois, quand les chercheurs ont comparé l’ADN de dinoflagellés, y compris le Polykrikos, à celui de la méduse, ils ont découvert que la structure du harpon ne provenait pas d’un ancêtre commun. Leur évolution s’est faite de façon indépendante.

« La nature a inventé un harpon de façon indépendante à au moins deux reprises, une fois chez la méduse et une fois chez les dinoflagellés, dit Gavelis. La conclusion à tirer c’est que, peu importe la raison, la balistique microscopique est vraiment très utile. »

D’autres organismes, y compris les parasites et les champignons, ont développé une machinerie balistique similaire avec de nombreuses applications différentes.

Des structures similaires pourraient se révéler utiles en médecine et en génie. Par exemple, la nanotechnologie médicale pourrait avoir recours à des structures microscopiques ressemblant à des seringues pour injecter du matériel dans des cellules individuelles.

« Les organismes unicellulaires peuvent faire bien plus de choses que ce que l’on pensait, dit Gavelis. Il sera important de comprendre comment ils s’y prennent pour mieux comprendre comment la vie fonctionne. »