A la poursuite des truites parasitées

Les premiers pas dans le monde de la science sont toujours une expérience inoubliable. Aujourd’hui, Perrine, une jeune étudiante, est invitée sur notre blog pour vous raconter son premier stage de terrain.

L’Ariège. Terre inconnue, mystérieuse, et lointaine, elle fut ma terre d’accueil pendant les trois mois d’été de l’année 2019. Ce n’est pas pour aller observer les ariégeois et leurs coutumes que je me suis déplacée si loin de la Nièvre mais bien pour pêcher des truites fario (Salmo truita). C’est donc à la Station d’Écologie Théorique et Expérimentale du CNRS (SETE) à Moulis que je débarquais par une magnifique journée d’été avec mon bagage d’étudiante agronome, pour participer à un projet scientifique incroyable.

Pêcher des truites, très bien, mais pour quoi faire ?

Les fédérations de pêche d’Occitanie se sont alertées ces dernières années quant à l’augmentation de la mortalité des truitelles (bébés truites). Cette mortalité semble directement liée à la présence de Tetracapsuloïde bryosalmonae, un parasite cnidaire des salmonidés (appelons-le plus simplement “le parasite” pour le reste de l’article), et qui provoque une maladie infectieuse : la maladie rénale proliférative, plus communément appelée PKD (pour l’anglais Proliferative Kidney Disease).

Le parasite prolifère et se multiplie dans les bryozoaires, des organismes aquatiques filtreurs formant des colonies sur différents substrats d’eau douce tels que des roches ou des algues. Quand les conditions sont propices, les bryozoaires infectés libèrent le parasite dans l’eau. Le parasite va ensuite pénétrer sous forme de spores à travers la peau et les branchies dans les muqueuses des truitelles, son second hôte. Il va atteindre les reins et la rate de l’alevin via la circulation sanguine, où il va continuer son développement. La truitelle libérera les spores du parasite en urinant, et ceux-ci pourront coloniser de nouveaux bryozoaires, et ainsi de suite.

Cycle de vie du parasite Tetracapsuloides bryosalmonae (reproduction : SLS Nadler, Küsnacht)

Seulement, chez les truites, le rein a une fonction dans le transport de l’oxygène. Lorsque le parasite s’y multiplie, le rein grossit, dysfonctionne, et peut causer la mort de la truitelle par asphyxie. Dans 10 à 90% des cas, la truitelle meurt (Sudhagar et al. 2020). Ce parasite était déjà connu des fédérations de pêche, mais jusqu’il y a quelques années, la mortalité des truitelles due à celui-ci était encore modérée. C’est l’augmentation de la mortalité des truitelles due au parasite qui a amené Simon Blanchet, chargé de recherche en Ecologie aquatique au CNRS, et Eloïse Duval sa doctorante à se pencher sur la question.

Leur projet de recherche s’attache à étudier la distribution, la dispersion, et les impacts du parasite sur les populations de truites fario et à comprendre les causes de cette soudaine hausse de la mortalité, qui met en péril la pérennité des populations sauvages de la région. Et j’ai eu la grande chance d’intégrer cette équipe et de les aider pendant quelques temps à faire avancer le projet.

Le protocole de recherche

Le projet est vaste et ambitieux : il s’agit de prélever et d’étudier des truitelles de près de 50 sites, ciblés par les fédérations de pêche, et répartis sur tout un tas de cours d’eau un peu partout en Occitanie !

La région Occitanie couvre une bonne partie du sud de la France (Source)

La truite fario est une espèce appartenant à la famille des salmonidés, grandissant en eau douce. Elle se reproduit entre novembre et février dans une eau fraîche entre 5° et 12°C. Après l’éclosion au printemps, les juvéniles commencent à se disperser et se déplacer vers l’aval des cours d’eau, vers des zones de la rivière adaptées à leur taille et besoins. Ils s’installent plutôt dans les radiers et les plats courants, des zones peu profondes avec un courant à vitesse moyenne.

En pêchant en été, nous pouvions donc cibler les truitelles âgées de moins d’un an, de taille inférieure à 10 cm, qui sont les plus susceptibles de développer la PKD. Ainsi sur chaque site nous échantillonnions environ 20 truitelles par pêche électrique, et nous faisions sur chacune d’entre elles différentes mesures.

Comment se déroule une journée de terrain ?

Chaque matin, nous vérifions que tout le matériel est présent dans le Ranger : la quantité à y entasser est FARIOMINEUSE (vous l’avez ??). Ensuite, une fois sur site, nous les stagiaires néophytes et les personnes expérimentées comme Simon, allons pêcher.

Avant de s’aventurer dans l’eau il faut s’équiper : Waders, chaussures à crampons antiglisse, épuisettes, seaux, anode, cathode et groupe électrogène. L’anode (le pôle négatif) est une sorte de perche dotée d’un anneau conducteur qui sera agitée dans l’eau par un membre de l’équipe, et la cathode (le pôle positif) est une « corde » qui baigne dans l’eau en permanence. A vrai dire, les waders sont devenus ma seconde peau pendant l’été. Adieu la sexytude, mais cela vaut mieux si vous ne voulez pas vous prendre une châtaigne. Car la pêche électrique n’a rien d’une petite baignade tranquille en eau douce et à la canne à pêche, cela peut être assez dangereux. Mais cela s’est toujours bien passé dans mon équipe, le COURANT passait bien entre nous.

Une pêche électrique se déroule à peu près ainsi : les épuisettiers (mot inventé pour l’occasion) se mettent de part et d’autre de la personne qui porte le groupe électrogène et l’anode, à l’affut des malheureux poissons. L’exercice n’est pas facile, les truitelles assommées sont emportées rapidement par le courant et me passent souvent sous le nez. Ou atterrissent plus volontiers dans l’épuisette de mes camarades.

Sur le terrain, on s'organise en différents postes de travail (Crédit : Pierre Girard)

La pêche électrique est quand même bien plus efficace que la pêche à la ligne ! (Crédit : Pierre Girard)

Aucune pêche ne se ressemble. De fait, chaque cours d’eau a ses caractéristiques propres : sa taille, la turbidité (degré de transparence) de l’eau, la vitesse et la force du courant, la structure et la texture du sol, la température et autres paramètres physico-chimiques, la composition de la végétation environnante… En conséquence, la difficulté à pêcher varie. Parfois nous mettons 15 minutes pour pêcher nos 20 truites et d’autres fois c’est la dèche, il nous faut 40 minutes pour en avoir à peine la moitié. Nous enregistrons d’ailleurs les caractéristiques physico-chimiques de chaque cours d’eau à l’aide d’une sonde et d’un thermomètre.

Une fois nos 20 truitelles capturées, elles sont chacune mises dans une bouteille d’eau, et puis elles vont y rester pour y faire pipi tranquillement. Oui j’ai bien dit faire pipi. Notre protocole se base sur la détection d’ADN environnemental (ADNe) : ceci consiste en la filtration de l’eau des bouteilles grâce à des pompes reliées à des portes-filtres montés à la main et … à l’huile de coude. L’ADN contenu dans la bouteille, rejeté par l’alevin lors de la miction (c’est le mot scientifique pour dire qu’on fait pipi, vous pourrez toujours le replacer lors d’un diner de famille assommant pour vous éclipser aux toilettes d’une manière élégante), va se déposer sur le filtre. Ensuite, lors des analyses de biologie moléculaire, on pourra isoler l’ADN du parasite si présent, grâce à une séquence connue de son génome.

Notre système de filtration d'ADNe (Crédits : Daniel Estrade)

Capture colorimétrique d'une truitelle anonyme par photographie (Crédit : Eloïse Duval)

Après le recueil de l’ADNe, des analyses complémentaires sont effectuées pour essayer d’établir des liens entre les caractères observables de l’individu (son phénotype), sa composition génétique (son génotype) et sa contamination et résistance au parasite. Chaque truite « filtrée » est anesthésiée, puis est prise en photo pour faire une analyse colorimétrique. Elle est ensuite mesurée, pesée, et se fait prélever un morceau de nageoire pelvienne (si si, ça repousse). La truitelle se remettra de ses aventures dans un seau « réveil » avant d’être relâchée. La journée finie nous rentrons avec nos échantillons d’ADNe, de nageoires, et nos mesures. Ces échantillons seront envoyés en laboratoire pour être analysés à la fin de la saison de pêche et ils permettront l’élaboration de statistiques quant à la distribution et l’impact du parasite sur l’ensemble des cours d’eau ciblés. 

Conclusion d’une stagiaire

 

Si trois mois de participation à ce projet scientifique ne m’auront pas transformée en pêcheuse aguerrie, j’aurai passé un été très enrichissant sur le plan scientifique et découvert les superbes paysages de l’Ariège sauvage. J’espère découvrir plus encore le monde de la recherche et pourquoi pas dans d’autres domaines de l’écologie.

Quelques photos de l'Ariège (si vous cherchez votre prochaine destination de vacances)

L’objectif à long terme pour l’équipe avec laquelle j’ai travaillé sera de proposer des solutions permettant de réduire le nombre de pertes parmi les rangs de truitelles, victimes de ce parasitisme qui gagne en puissance. “L’équipe poisson” de Moulis fait un travail formidable et j’espère que les travaux de recherche permettront aux fédérations de pêche d’Occitanie de mettre en place des solutions pérennes qui auront pour but de préserver ces petites truitelles. Affaire à suivre !

References :

• Sudhagar, A.; Kumar, G.; El-Matbouli, M. The Malacosporean Myxozoan Parasite Tetracapsuloides bryosalmonae: A Threat to Wild Salmonids. Pathogens 2020, 9, 16.

• Fédération Départementale de Pêche de l’Ariège (FDPA) : infos sur la PKD dans la rivière Arièg

Pour en savoir plus sur les projets de l’équipe et de le SETE : 

• https://sete-moulis-cnrs.fr/fr/

• http://simonblanchet.weebly.com/

Perrine HUET

La fleur ancestrale, une fleur comme on n’en fait plus

Article invité écrit par Laetitia Carrive, une des auteures de l'étude scientifique dont il est question ici.

Il y a à peine quelques jours, Boris parlait ici-même de « l’abominable mystère » que constituait, pour Darwin, l’origine de la diversité des plantes à fleurs (ou angiospermes pour le nom savant). Comment, à partir d’un ancêtre commun à toutes ces plantes, a-t-on obtenu la diversité immense de formes, de structures, de couleurs, d’odeurs, que nous observons actuellement dans la nature ? En peu de temps en plus, puisque ce groupe semble apparaître brutalement dans le registre fossile et l’on trouve des fossiles assez différents d’âges proches. Quel scénario pourrait donc raconter l’histoire de ces plantes et de leur apparente radiation si soudaine ? 

Échantillon de la diversité de morphologies florales dans vingt-cinq familles de plantes à fleurs. De gauche à droite puis de haut en bas : Plantaginaceae, Iridaceae, Apiaceae, Gentianaceae, Musaceae, Melastomataceae, Passifloraceae, Orobanchaceae, Nymphaeaceae, Poaceae, Xanthorrhoeaceae (croyez-en l’orthographe !), Crassulaceae, Sapindaceae, Saxifragaceae, Arecaceae, Boraginaceae, Asparagaceae, Asteraceae, Brassicaceae, Orchidaceae, Malvaceae, Apocynaceae, Ranunculaceae, Salicaceae, Convolvulaceae. Photos : Laetitia Carrive.

Alors ici je voudrais vous parler d'une étude toute neuve (et en libre accès ici !) qui vient s'ajouter à l'édifice des réponses à cette grande question de la diversité des plantes à fleurs et à laquelle j'ai eu la chance de participer. En fait, pour pouvoir raconter une histoire, il faut bien un point de départ. Et pour pouvoir dire « les angiospermes ont produit toute cette diversité grâce à tel ou tel événement, mécanisme ou processus », ça aiderait d’avoir une idée d’à quoi elles pouvaient bien ressembler au début de leur histoire. Voici donc la question à laquelle Hervé Sauquet, l’auteur principal de cette étude, s’est attaqué : à quoi ressemblait la fleur du dernier ancêtre commun de toutes les plantes à fleurs ? 

Un tout petit détour clarificateur sur cette idée de dernier ancêtre commun, il ne s’agit pas de la première fleur, comme on peut le lire parfois, mais de la fleur la plus récente dont descendent toutes les fleurs qu’on observe aujourd’hui. Il y a certainement eu des fleurs plus anciennes, mais on ne pourra jamais être sûrs d’avoir trouvé les premières. 

Le pourquoi du comment

Comme vous vous en doutez, s’il s’agit d’un abominable mystère depuis le milieu du dix-neuvième siècle, beaucoup de botanistes ont déjà réfléchi à cette question et déjà proposé des hypothèses. Certains ont proposé que les fleurs ancestrales aient ressemblé à des magnolias (photo plus bas), soient de grandes fleurs hermaphrodites dont les parties fertiles (les étamines et les carpelles, voir photos d’explications plus bas) sont portées par un genre de cône. D’autres ont pensé qu’elles étaient plutôt petites, à sexes séparés, avec un nombre variable de tépales, d’étamines et de carpelles, comme Amborella (photo ci-dessous), une plante néocalédonienne groupe-frère de toutes les autres plantes à fleurs actuelles. Elles auraient aussi pu ressembler aux fleurs des nénuphars (Nymphaeaceae, photo ci-dessous) ou du poivre (Piperaceae, photo plus bas). Chercher la morphologie d’une fleur parmi des espèces qui ont au moins 140 millions d’années de plus est problématique, puisque cela suppose que certaines fleurs actuelles seraient « plus primitives » que d’autres. Malgré cela il y a derrière toutes ces hypothèses des arguments sérieux, aussi bien au niveau paléontologique que morphologique. Mais aucune des hypothèses principales ne s’était particulièrement dégagée et les méthodes analytiques que l’on utilisait jusque récemment butaient sur certaines questions, notamment celle de l’hermaphrodisme (des étamines et des carpelles fonctionnels dans la même fleur ou des fleurs mâles et femelles séparées) et de l’organisation de ces fleurs ancestrales (Endress & Doyle, 2009). 

De gauche à droite : Amborella trichopoda (Amborellaceae), fleurs males (source, Wikimedia Commons), Piper cubeba (Piperaceae), inflorescence (source, Wikimedia Commons), Magnolia liliflora (Magnoliaceae), fleur (photo : Laetitia Carrive), et Nymphaea alba (Nymphaeaceae), fleur (photo : Laetitia Carrive). 

Photos de deux fleurs représentant les différents organes dont cet article parle selon que la fleur est différenciée ou non. À gauche : Potentilla neumanniana (Rosaceae) et à droite Anemone pratensis (Ranunculaceae). Photos : Laetitia Carrive.

Nous sommes maintenant à une époque où l’amélioration des techniques de séquençage d’ADN, l’augmentation de la puissance des ordinateurs et de la puissance des algorithmes permettent de produire des arbres de parenté – phylogénies – pour des groupes d’organismes de plus en plus grands. Parallèlement, l’avancée des technologies de l’information et de la communication permet la création de grandes bases de données participatives, multi-utilisateurs et délocalisées, accessibles depuis n’importe quel périphérique connecté à internet. Ces deux types de données (des grandes phylogénies, des grandes bases de données) sont les ingrédients de méthodes appelées méthodes probabilistes qui permettent de déterminer statistiquement, pour un caractère donné (la symétrie des fleurs, par exemple), l’état qu’avaient le plus probablement les différents ancêtres si l’on connait les relations de parenté et l’état de ce caractère dans la diversité actuelle. Une phylogénie très complète déjà publiée (Magallón et al, 2015) a servi de point de départ à beaucoup de nouvelles analyses phylogénétiques pour pouvoir tester plusieurs hypothèses sur l’âge des angiospermes et leurs relations de parenté. Par ailleurs, pendant plusieurs années, un immense jeu de données sur la morphologie des fleurs a été développé, couvrant presque toute la diversité (86% des familles, par exemple) et assemblé par une multitude de personnes, dont j’ai fait partie. Il a fallu ensuite des centaines d’analyses et des milliers d’heures de calculs pour évaluer l’incertitude pesant sur tous les différents résultats et s’assurer d’avoir des résultats cohérents et solides. 

Aux origines : l’ancêtre 

Et sans plus attendre, voici donc la reconstitution de l’ancêtre commun des plantes à fleurs :

À gauche, le diagramme floral, qui est une représentation formelle et normalisée très utilisée (parce que tous les botanistes ne sont pas des supers dessinateurs !), qui résume la plupart des résultats sur les différents états ancestraux ; à droite, une reconstitution en 3D de cet ancêtre, qui part des résultats du papier et laisse ensuite l’imagination de l’artiste compléter ce que l’on ne sait pas ou ce que l’on n’a pas étudié. Sur cette reconstitution en 3D, par exemple, ni la forme ni la couleur des différentes parties n’ont été étudiées. En revanche la symétrie radiaire (en « étoile »), la bisexualité de la fleur, le nombre de cycles et de pièces par cycle, la position de l’ovaire etc. sont bien des résultats des analyses. Et puis comme c’est beau la 3D, vous pouvez voir ici le modèle sous toutes ces coutures. Source du diagramme, source du modèle, Sauquet et al, 2017. 

Cette fleur était donc probablement hermaphrodite, était organisée en plusieurs cycles de tépales indifférenciés et libres (séparés, non-fusionnés), avait une symétrie radiaire, plus de six étamines organisées en cycles de trois (voir photo d’explications plus haut) et qui libéraient leur pollen vers le centre de la fleur, plus de cinq carpelles portés au-dessus du réceptacle, organisés en spirale. 

Beaucoup d’articles de presse et beaucoup de commentaires disent que cette fleur ressemble à un magnolia. Je vois là-dedans un peu de la vieille et fausse idée que les magnolias sont les « plus ancestrales » des fleurs, idée qui a malheureusement la peau bien dure. Sans doutes que la forme et la couleur des tépales de cette reconstitution ressemble un peu aux magnolias mais ce ne sont que des libertés artistiques. Et d’ailleurs d’autres y ont vu une ressemblance à d’autres fleurs, bien éparpillées dans la phylogénie (elle a aussi été comparée à un lys, un nymphéa, un lotus, une rose…). 

En réalité un des résultats les plus importants de cette étude est que cette fleur ne ressemble à aucune encore présente de nos jours. Autrement dit, tous les descendants qui ont survécu jusqu’à nous ont évolué d’une manière ou d’une autre par rapport à leur ancêtre commun pour au moins quelques-uns de la vingtaine de caractères étudiés. 

Une fleur comme on n’en fait plus, mais d’où viennent toutes les suivantes…

Voilà donc le point de départ de l’histoire des angiospermes. On se demande alors immédiatement comment, de cette fleur ancestrale, on a pu aboutir à la diversité actuelle et à la morphologie des grands groupes d’angiospermes, comme par exemple les Magnoliidae, les monocotylédones (dont Boris a déjà parlé sur ce blog), les eudicotylédones qui contiennent elles-mêmes le groupe immense des Pentapetalae. 

Exemples de représentants des quatre groupes dont je viens de parler : Magnolia stellata pour les Magnoliidae, Lilium martagon pour les Monocotylédones, Meconopsis grandis pour les Eudicotylédones et Dianthus furcatus pour les Pentapetaleae. Chacune de ces espèces est un exemple de morphologie courante dans ces groupes mais en aucun cas elles ne sont censées représenter une image des ancêtres reconstruits des groupes auxquelles elles appartiennent. Photos : Laetitia Carrive.

Les analyses d’états ancestraux ont donc également été effectuées pour quatorze autres nœuds de l’arbre des plantes à fleurs et donc une reconstitution de la fleur de quatorze sous-groupes a été effectuée selon la même méthodologie qu’indiqué plus haut. Voici un schéma simplifié des diagrammes floraux probables des ancêtres de certains de ces sous-groupes replacés sur une phylogénie simplifiée :

Diagrammes floraux reconstruits à partir des résultats d’états ancestraux pour quelques nœuds-clefs de l’arbre des angiospermes, représentés sur une phylogénie résumée. Source, Sauquet et al. 2017.

Au-delà du fait que ces ancêtres en eux-mêmes apportent des éléments de réponse aux questions que l’on pourrait se poser sur l’évolution des groupes qui descendent d’eux, ils représentent aussi des étapes sur les chemins menant de l’ancêtre des angiospermes aux fleurs actuelles, des genres de passages obligés. Il devient donc possible de proposer des scénarios qui expliquent le début de l’histoire des plantes à fleurs, les chemins qui mènent de l’ancêtre aux différents grands groupes. Il suffit, par exemple, de perdre des cycles entiers pour arriver à la fleur ancestrale des Magnoliidae ; de devenir unisexué et spiral pour ressembler à Amborella ; de perdre encore plus de cycles pour aboutir aux Monocotylédones ; ou de fusionner des cycles entre eux et de différencier des pétales et des sépales pour arriver aux Pentapetalae. Ces séries de changements hypothétiques pourraient servir de points de départ à des recherches avec d’autres approches (en évolution du développement et en paléontologie notamment), qui pourraient en retour rejeter, ou compléter et affiner notre connaissance des différents chemins qu’a pris l’évolution pour aboutir à cette si grande diversité. 

Cette semaine on a réalisé un grand pas vers une résolution de l’abominable mystère et j’espère que ce morceau d’histoire des plantes à fleurs est aussi excitant à découvrir que ça a été de participer à sa construction et de voir maintenant cette image en 3D un peu partout sur les sites de news scientifiques et de vulgarisation !

Bibliographie 

Sauquet, H. et al. The ancestral flower of angiosperms and its early diversification. Nat. Commun. 8, 16047 doi: 10.1038/ncomms16047 (2017).

Endress, P. K. & Doyle, J. A. Reconstructing the ancestral angiosperm flower and its initial specializations. Am. J. Bot. 96, 22–66 (2009).

Magallón, S., Gómez-Acevedo, S., Sánchez-Reyes, L. L. & Hernández-Hernández, T. A metacalibrated time-tree documents the early rise of flowering plant phylogenetic diversity. New Phytol. 207, 437–453 (2015).

Laetitia

Actuellement en thèse à la fac d’Orsay, je travaille aujourd’hui sur l’évolution de la fleur dans la famille du bouton d’or. Après plusieurs années à trainer dans une association naturaliste avec certains membres de l’équipe du bocal, j’ai effectué un master de systématique du muséum d’histoire naturelle. C’est lors de mes stages de master et du début de ma thèse, en travaillant avec Hervé Sauquet, que j’ai participé à l’assemblage du jeu de données morphologiques utilisé dans cette étude sur l’ancêtre des plantes à fleurs. 

Qui s’assemble… finit par se ressembler !

Article VIP par l'auteur même du papier publié dans Science advances ! C'est Chloé, auteur invitée exceptionnelle, qui nous raconte sa superbe expérience à l'origine du papier.  

Avez-vous déjà remarqué que les conjoints se ressemblent souvent beaucoup lorsqu’ils se connaissent depuis longtemps ? On a appris récemment que chez l’humain, le système immunitaire des conjoints finit par se ressembler. Mais qu’en est-il de leur comportement ? Cette question fait l’objet d‘un débat en raison de résultats globalement variés. Il faut dire que pour tester ça correctement, il faudrait former arbitrairement des couples composés de partenaires ayant des personnalités contrastées et observer ce qu’ils deviennent. Bref, ça serait pas très éthique… (cela dit ça n’empêche pas des sites de rencontres de se livrer à quelques expériences…) En attendant, la question reste en suspense… chez l’humain ! Mais une étude sur une autre espèce monogame pourrait éclairer cette question d’un jour nouveau. 

L’avantage d’être avec un partenaire similaire a été observé chez de nombreuses espèces monogames où les partenaires se partagent les soins aux jeunes, telles que les mésanges charbonnières ou les diamants mandarins. Chez ces espèces, les partenaires qui se ressemblent sur le plan comportemental se coordonnent de manière plus efficace pour s’occuper de leur progéniture et ont ainsi un meilleur succès reproducteur que les couples dont les partenaires sont différents. Être d’accord sur l’éducation des enfants rend forcément les choses plus simples. Du fait de cet avantage, les individus devraient chercher un partenaire qui leur ressemble pour se mettre en couple. Cette hypothèse est d’ailleurs souvent suggérée pour expliquer la similarité au sein des couples. Néanmoins, trouver un partenaire similaire peut prendre beaucoup (beaucoup, beaucoup) de temps, sans aucune garantie de succès ! Plutôt que de risquer de rester célibataire faute d’avoir trouvé chaussure à son pied, il pourrait être plus efficace pour l’individu de se contenter d’un partenaire disponible même si pas forcément idéal, et de tenter ensuite de s’arranger de la situation…

Le cichlidé zébré, Amatitlania siquia, est un poisson originaire d’Amérique Centrale, très étudié pour ses stratégies de reproduction (on vous en parlait ici). Il forme des couples stables dans lesquels le mâle et la femelle défendent ensemble (et de manière passablement agressive, en témoignent mes doigts attaqués) un territoire sur lequel ils construisent ensuite leur nid (une cavité dans le sol ou sous une pierre) et élèvent leur progéniture. Pour garantir le succès de leur reproduction, les parents ont besoin de défendre efficacement ce nid et leurs jeunes contre les menaces que représentent de plus gros poissons, mais aussi d'autres individus de l’espèce. C’est là qu’intervient la nécessité de coordination : la tâche s’avèrera bien plus difficile si, pendant que madame s’échine à faire décamper le prédateur, monsieur est en train de bercer les œufs. Rien de mieux qu’une attaque synchronisée pour faire déguerpir au plus vite le malotru…

Couple de cichlidés zébrés en train de construire leur nid sous une pierre. La femelle, reconnaissable à sa coloration orangée sur les flancs (à droite) déblaie le nid à l’aide du mâle (à gauche). © Chloé Laubu

Jusqu’à présent, la communauté scientifique des écologistes comportementaux admettait que la similarité au sein des couples découlait d’un choix actif des partenaires, qui s’apparient en suivant la maxime « qui se ressemble s’assemble ». Cependant, les résultats que nous avons publiés pourraient bien compléter cette théorie.

Pour évaluer si des partenaires mal assortis au départ étaient capables de finalement s’accorder, nous avons formé des couples qui étaient composés de partenaires aux profils comportementaux très contrastés ou, au contraire, aux profils comportementaux très similaires. Pour cela, chaque individu avait au préalable passé des tests de comportement : leur agressivité face à un intrus pour défendre leur territoire, leur tendance à explorer un nouvel environnement, ou encore leur crainte face à un aliment nouveau ont ainsi été examinés. Si nous avons « forcé » les individus à se mettre en couple avec des congénères au profil comportemental bien précis, ils avaient tout de même le choix entre plusieurs individus ayant ces mêmes types de profil. Une fois les couples bien formés et installés dans un aquarium privé histoire de leur donner l’intimité nécessaire pour une ponte plus sereine, (24h leur était laissés pour s’approprier les lieux), l’activité de défense du nid face à un intrus était réévaluée pour chaque partenaire, ainsi que leur succès reproducteur (nombre de jeunes et rapidité à se reproduire).

Couple de cichlidés zébrés (à droite) défendant son nid contre un prédateur de leurs œufs (à gauche). © Laubu & Dechaume-Moncharmont

Comme attendu, les couples initialement très similaires ont eu un meilleur succès reproducteur que les couples dépareillés. Mais c’est du côté des couples mal-assortis que le résultat est intriguant. Nous avons en effet montré que les partenaires infortunés parvenaient finalement à s’accorder, adoptant des comportements plus similaires après l’appariement. Mais cette convergence au sein des couples est loin d’être un commun accord : c’est le partenaire le moins agressif qui fait tous les efforts pour s’ajuster à son partenaire agressif. En outre, plus les partenaires avaient convergé, plus leur succès reproducteur était important. Non seulement, ils avaient plus de petits que les couples qui avaient peu convergé, mais ils atteignaient même un nombre de jeunes équivalent à celui des couples initialement similaires. Un résultat qui s’apparente sans doute plus à une flexibilité comportementale qu’à un changement de personnalité, puisque l’intérêt n’est pas d’être agressif en tant que tel, mais surtout d’être similaire à son partenaire.

Voilà donc un résultat qui pourrait rassurer ceux qui ne trouvent pas l’âme sœur ou qui pensent être trop différents de leur partenaire, comme le cichlidé zébré, vous pouvez toujours essayer de converger !

© Chloé Laubu

 

Référence

C. Laubu, F-X. Dechaume-Moncharmont, S. Motreuil, C. Schweitzer. Mismatched partners that achieve post-pairing behavioral similarity improve their reproductive success. Sci. Adv. 2, e1501013 (2016).

Chloé Laubu (avec la complicité de Sophie Labaude)

L'histoire poilante des cils

 

« On a tous besoin d’un plus petit que soies »

Si vous pensez que cette phrase est mal orthographiée, c’est que vous ne connaissez pas encore l’histoire qui va suivre.

Il était une fois, un cil d’œil du nom d’Imbé, qui se voyait sur le déclin. De toute sa vie, il n’avait vu qu’un œil, et pourtant la vision n’était pas sa vocation. Il avait ouïe dire, grâce au bouche à oreille, que de minuscules cils peuplaient le conduit auditif et permettaient d’entendre. Imbé savait très bien qu’il faisait partie de la famille des poils, des soies … des phanères en somme. Mais il ne l’assumait pas tellement. Imbé, cil d’œil, voulait voir ce que c’était d’entendre.

La magie du Web permit à Imbé de rencontrer Louis, cil de l’oreille interne. Ils s’entendirent tout de suite très bien et décidèrent de se voir. Louis apporta un livre à Imbé et le remercia : « Sans toi et les autres cils d’yeux, on n’aurait jamais pu bien voir toutes les belles images de microscopie qui ont permis de comprendre d’où nous venons nous, les stéréocils. Bien qu’appelés « cils » nous n’avons pas grand chose en commun avec les cils primaires et les cils vibratiles. Lis donc cet article Imbé, cil d’œil ! »

Figure 1 : Stéréocils trouvés à la surface des cellules de la cochlée observés en microscopie électronique à transmission (2µm de long). Université du Queensland.

Ce fût un jour important pour Imbé qui, grâce à Louis, comprit que chaque structure d’un organisme, si petite soit-elle, résulte de millions d’années d’évolution au cours desquelles elle a su se rendre utile.
Fort de son expérience, Imbé se laissa partir paisiblement et vint se planter dans ma cornée, déclenchant une crise de larmes.
Fin.

Ah les cils ! Arme de séduction pour les uns, moyen de locomotion pour les autres. Bien que portant le même nom, nous parlons ici de deux structures bien différentes : à commencer par leur taille. Le cil que l’on voit est un poil poussant à l’extrémité des paupières et ayant pour premier intérêt de limiter l’entrée de corps étrangers dans les yeux. Ces cils qu’on nous convint de vouloir plus longs, plus étoffés, plus sombres, etc.

Si on s’intéresse aux cils en tant que structure cellulaire (mesurant 10µm soit 1000 fois plus petit que le cil des paupières) on apprend qu’il existe un groupe d’organismes appelé « ciliés » … mais si vous pensez qu’eux seuls portent des cils, vous vous fourrez le doigt dans l’œil. En effet ils arborent, à leur surface, des cils vibratiles à au moins un stade de leur cycle de développement. Ces cils-là ont pour premier avantage de permettre de créer des flux d’eau autour de la cellule et ainsi de se déplacer pour les formes nageuses ou de balayer les alentours afin d’apporter vers elle des proies et autres éléments nutritifs.

Cependant, ce petit organe cellulaire à l’utilité mécanique incontestable a fait son chemin au cours de l’évolution ! Elle est également trouvée chez des bébêtes grand-format, incluant Homo sapiens, où le cil, parfois appelé flagelle (selon sa taille et sa capacité de mouvement) remplit de nombreuses fonctions et définit même certains types cellulaires au rôle fondamental avec des conséquences importantes lorsque leur structure est altérée.

Oui, je parle bien du spermatozoïde.

Pour bien comprendre comment fonctionne le cil, un point technique s’impose. Le cil est supporté par un échafaudage interne formé de tubes. Un tube de tubes (les microtubules) pour dire vrai, appelé axonème.

Figure 2 : Les protéines de tubuline forment les microtubules qui forment l’axonème qui supporte le cil.

On y voit nettement plus clair lorsqu’on sait qu’il existe deux types de cils qui ont des rôles distincts. Le cilium primaire non motile est un capteur avant tout. On le trouve à la surface de la grande majorité de nos cellules, en un unique exemplaire par cellule. Les chercheurs spécialistes ont pour habitude de parler du cil primaire en tant qu’antenne cellulaire, et pour cause. L’axonème étant enrobé de la même membrane qui recouvre le reste de la cellule, il va également porter les mêmes protéines de surface : les récepteurs membranaires. Ainsi, le cil aura la capacité de sonder le milieu extérieur de la cellule où il détectera par exemple des molécules qui circulent. 

De manière intéressante, ce sont surtout les variations physiques plus que chimiques qu’il pourra capter. De la même manière que le vent fera onduler les épis de blé dans les champs, le flux des liquides circulant sur les cellules fera plier les cils primaires. La détection et l’interprétation de ces flux sont des évènements majeurs dans de nombreux processus qui seront exposés plus bas. Il est pertinent de remarquer que la présence de ce type de cils est observée dans la plupart des types cellulaires de vertébrés. Et très récemment, une équipe canadienne a mis en évidence leur existence chez les éponges (ça avait par exemple été évoqué ici), montrant à cette occasion leur capacité à répondre très finement aux variations de flux d’eau. 

Figure 3 : Un cil (c) en microscopie électronique en transmission avec le corps basal ou basal body (bb) La plupart des corps basaux, ainsi que d’autres structures proches : les centrioles, sont composées de 9 triplets de fibres de tubuline et ceci est vrai pour les unicellulaires avec noyau comme pour l’être humain. Le cil lui-même est composé de 9 doublets qui s’étendent à partir des triplets. De plus, il y a 2 fibres au centre de l’axonème (ax). Par R. Allen grossi 16,000X. Barre = 0.5µm. Publié dans J. Protozool en 1967.

Le cil motile est champion du battement de cil. En effet, il bouge de manière active. Pour ce faire, des molécules présentes à la base du cil appelées dynéines vont consommer de l’énergie pour passer d’un doublet de microtubule à l’autre. Or, les microtubules étant maintenus ensemble, ils ne pourront pas coulisser, provoquant une traction sur l’axonème et une courbure du cil (voir éventuellement cette vidéo à 2:40). Ceci se faisant de manière régulière, le battement du cil observera un certain rythme qui sera généralement synchronisé avec les cils voisins. Dans le cas de cellules à flagelles multiples, cette synchronisation est d’autant plus importante qu’elle influence l’orientation du déplacement de la cellule qui les porte.

Parmi les cellules qui se déplacent grâce aux cils on peut citer la paramécie : un modèle bien connu des salles de classe. Le prof laisse de l’eau croupir quelques jours et rapporte ça :

Figure 4 : Photos en microscopie optique à contraste de phase de discovermagazine.com, en microscopie à fluorescence de J. Beisson et F. Ruiz (Génoscope) et coupe de cils à la surface de la paramécie observée en microscopie électronique à transmission par l’équipe d’Anne-Marie Tassin (CNRS de Gif-sur-Yvette).

Durant les millions d’années qui nous séparent de l’apparition de la première ébauche de cil, de l’eau a coulé sous les ponts, d’ailleurs il n’y avait pas encore de ponts que les ancêtres des paramécies pataugeaient déjà dans les cours d’eau aux côtés de nos ancêtres à nous.

Paramecium tetraurelia est un organisme unicellulaire qui mesure 300 µm de long environ. Sur la figure 4 ci-dessus les cils ont été marqués en vert fluo afin de les identifier. Les cils de la paramécie sont très organisés à sa surface. En effet, si on marque le corps basal du cil (voir bb pour « basal body » dans la figure 3 encore plus haut) on constate une impressionnante régularité dans la disposition des cils. En fait, les cils de P. tetraurelia lui permettent de se propulser comme une torpille à condition que ce ne soit pas des mi-cils… Effectivement, la moindre perturbation de cette organisation, même nanométrique, va avoir de l’impact sur le déplacement de la paramécie. De cette manière, de nombreuses mutations de l’organisation du squelette cellulaire ont été identifiées en analysant la nage de la paramécie. 

Il y a également des végétaux qui vont et qui viennent, voyez chlamydomonas :

Cette algue de 10µm environ possède deux flagelles qui lui permettent de se déplacer. En termes de structure moléculaire, les flagelles peuvent réellement être considérés comme des cils motiles longs. De la même manière que pour la paramécie, les mutations affectant la structures des flagelles seront très facilement détectables en catégorisant les modes de déplacement, parfois laborieux.

Et chez les pluricellulaires alors, me direz-vous ?

Homo sapiens est un exemple parmi d’autres. Les cils motiles présents à la surface des cellules de la surface interne des poumons (formée de cellules de type « épithéliales ») ont été très étudiés car ils sont impliqués dans des maladies. En effet, celles-ci sont causées par un problème d’organisation des cils et sont par conséquent appelées ciliopathies (« myopathies » pour les pathologies musculaires, « ciliopathies » pour les pathologies ciliaires … vous suivez ?). Par exemple, la dyskinésie ciliaire primitive (« dys » pour le défaut et « kinésie » pour le mouvement. Vous suivez toujours ?) est une maladie causée par une altération génétique des molécules structurant le cil où c’est le système respiratoire qui souffre le plus de la micro-malformation. Vous suivez toujours ? Parce que le cil, lui, ne suit pas du tout, entraînant de lourdes conséquences. Son battement défectueux nuit à l’évacuation du mucus pulmonaire conduisant, comme pour la mucoviscidose, à de fréquentes infections respiratoires.

Figure 5 : On visualise le mucus non-évacué aux abords des cils à l’intérieur des poumons d’une malade en microscopie électronique à balayage par Estelle Escudier (Inserm U.933)

Figure 6 : Cils portant des récepteurs dans leur membrane qui pourront capter des molécules dans le flux extracellulaire.

Et je crois que c’est t…

Ah non, attendez ! J’étais à un cheveu d’oublier de mentionner le mignonissime Schmittea mediterranea : un animal qui mérite bien quelques lignes dans un article sur les cils. En effet, en plus d’être capable de se régénérer totalement à partir de n’importe lequel de ses fragments (regardez-ça, c’est à couper le souffle), ce ver plat ne nage pas, il glisse (voir aussi).

Il glisse grâce à des cils qui recouvrent toute sa surface inférieure. Vous vous en doutez, le moindre micromètre de décalage dans l’arrangement des cils va avoir de l’impact sur le déplacement de la bête. Et voici ce que ça devrait donner et ce que ça peut donner :

Déplacement normal « glisse » 

Déplacement causé par une mutation du cil qui pourrait s’apparenter à celui d’une limace

Vidéos par Juliette Azimzadeh (Institut Jacques Monod)

En résumé, derrière un nom peuvent se cacher de nombreux concepts : le cil oculaire est un poil incomparable au cil auriculaire qui contient de fins filaments ou aux cils primaires et motiles qui contiennent des tubules. Cependant, quels que soient sa taille ou l’organisme qui le porte, l’important pour un cil c’est qu’il soit docile.

Références :

« Comment se forme un cil cellulaire ? » Bénédicte Salthun-Lassalle, PourLaScience.fr 2010

Evolutionary origins of sensation in metazoans: functional evidence for a new sensory organ in sponges. Danielle A Ludeman, Nathan Farrar, Ana Riesgo, Jordi Paps and Sally P Leys. BMC Evolutionary Biology 2014, 14:3 doi:10.1186/1471-2148-14-3

Tracing the origins of centrioles, cilia, and flagella. Zita Carvalho-Santos, Juliette Azimzadeh, José. B. Pereira-Leal, and Mónica Bettencourt-Dias. JCB vol. 194 no. 2 165-175 The Rockefeller University Press, doi: 10.1083/jcb.201011152

Le Cil : Succès évolutif d’une alliance sensori-motrice. Mme Christine PETIT, Collège de France, 2007.

Karen Uriot

Un petit mot sur l'auteur du billet : 

Karen Uriot (suivez-la sur twitter ici : @karenn55) sera prochainement docteure en Biologie Cellulaire. Elle dit avoir deux guides dans la vie : le visionneur qui a inventé la Microscopie et le créationniste du Calembour. Passionnée par toutes les Sciences, elle est ravie de pouvoir apporter sa petite contribution au web scientifique francophone.