Le destin d’un écosystème pourrait-il dépendre d’un seul gène clé de voûte ?

En 1963, armé d’un pied de biche et de sa curiosité, Robert Paine a lancé une expérience qui a changé notre façon de penser les écosystèmes. Dans une série de bassins de marée sur la côte de Washington, le jeune écologiste de l’Université de Washington a déterré des étoiles de mer orange et violettes, Pisaster ochracée :et les jeta dans la baie de Mukkaw.

La perte de cette seule espèce a transformé les bassins de marée. Les moules qui étaient l’un des aliments préférés des étoiles de mer ont pris le dessus, évinçant de nombreuses autres espèces. Les idées ont conduit Paine à inventer le terme «espèce clé de voûte» pour décrire une espèce critique qui peut déterminer le sort de tout un écosystème, comme la clé de voûte centrale qui empêche une arche de s’effondrer. L’idée a joué un rôle central dans la compréhension des écosystèmes, comme la façon dont l’éradication des loups autour du parc national de Yellowstone a entraîné une augmentation du pâturage par les wapitis qui a anéanti les populations de saules et érodé les écosystèmes des cours d’eau. Il souligne, à une époque d’extinctions massives, comment la perte d’une seule espèce peut faire des ravages.

Maintenant, un groupe de scientifiques a poussé la perspicacité à un niveau encore plus petit. Ils ont trouvé ce qu’ils appellent un gène clé de voûte. Bien que les résultats proviennent d’un laboratoire, ils soulignent les risques écologiques potentiels liés à la perte de biodiversité, même au sein d’une espèce.

“Nos résultats montrent que la perte actuelle de diversité génétique peut avoir des effets en cascade qui conduisent à des changements brusques et catastrophiques dans la persistance et le fonctionnement des écosystèmes terrestres”, déclare Matt Barbour, chercheur à l’Université de Zurich en Suisse qui a aidé à diriger la recherche. .

Pour voir comment des différences génétiques subtiles au sein d’une même espèce pourraient résonner dans tout un écosystème, des scientifiques de Zurich et de l’Université de Californie, Davis se sont tournés vers un rat de laboratoire du monde végétal, Arabidopsis thaliana:, également connu sous le nom d’arabette de souris ou d’arabette. La petite plante grêle aux fleurs délicates est souvent considérée comme une mauvaise herbe et pousse dans des endroits aussi désagréables que les fissures d’un trottoir.

Mais pour les scientifiques, la plante rustique présente plusieurs avantages. Il est largement utilisé dans la recherche sur les plantes en tant qu’organisme modèle et a été disséqué jusqu’au niveau génétique. C’est aussi un aliment populaire parmi les pucerons, le plaçant au bas d’une séquence de relations entre différentes espèces.

Dans ce cas, Barbour et les autres chercheurs ont capitalisé sur ces relations en créant des écosystèmes miniatures dans de petits conteneurs simplifiés à seulement quatre organismes : la plante, deux pucerons qui se nourrissent de la plante et une guêpe parasite qui pond ses œufs sur les pucerons.

Pour tester l’effet d’un seul changement génétique dans la plante, ils ont pris quatre souches différentes d’Arabidopsis, chacune avec une seule différence dans une partie de son code génétique qui a influencé la production de produits chimiques capables de repousser les pucerons. Chacune de ces variantes se retrouve également dans la nature. Ils ont ensuite créé 60 mini-écosystèmes dans de petites boîtes à parois grillagées, chacune avec différentes combinaisons de plantes.

Tous ces petits mondes ont changé au fur et à mesure que les scientifiques ont suivi leurs progrès pendant environ quatre mois. Dans certains cas, tous les insectes sont morts de faim et ont disparu. Dans d’autres cas, une des deux espèces de pucerons a disparu. Dans d’autres encore, le système s’est progressivement effondré jusqu’à ce qu’il ne reste plus que la plante et une espèce de puceron.

Lorsque les chercheurs ont passé au crible les modèles d’extinctions, une caractéristique s’est démarquée. Les écosystèmes avec une version de la plante dans laquelle un seul gène (AOP2) a été désactivé étaient beaucoup moins susceptibles d’assister à une extinction. Le taux d’extinction a chuté de 29% lorsqu’une plante avec le gène AOP2 désactivé était présente, ont rapporté les chercheurs la semaine dernière dans La science:.

Il s’avère qu’en plus d’être impliqué dans la production de produits chimiques de défense des plantes, le gène influence également le taux de croissance de la plante. Avec le gène inactivé, la plante a poussé plus vite, ce qui lui a permis de mieux répondre aux demandes des pucerons, ont découvert les chercheurs.

Alors qu’un laboratoire contrôlé est loin du monde désordonné et de ses réseaux trophiques complexes, les chercheurs notent que leurs découvertes montrent que même une différence dans un seul gène peut avoir des conséquences considérables.

Les résultats démontrent l’importance potentielle de combiner des outils génétiques et écologiques pour comprendre comment les changements génétiques pourraient influencer le sort des écosystèmes, écrivent les auteurs. Ils soulignent également les dangers de perdre la variation génétique au sein d’une espèce à mesure que son nombre diminue, ou le potentiel d’impacts. d’introduire des organismes avec une modification génétique qui s’avère importante. Ce gène, après tout, pourrait s’avérer être une clé de voûte un peu comme l’étoile de mer de Paine.

Barbour, et. Al. “Un gène clé de voûte sous-tend la persistance : d’un réseau trophique expérimental. La science:. Mar. 31, 2022.

Image: © Anthropocène Magazine :

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