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Paris, 12 mars 2008

Quand l'évolution tend à maximiser la diversité et le fonctionnement des systèmes écologiques

Des chercheurs du CNRS basés à l'université de Montpellier 2(1) en collaboration avec des chercheurs de l'Imperial College de Londres et de l'université de Liverpool au Royaume Uni(2), viennent de montrer que l'évolution peut conduire à plus de diversité biologique et surtout à un meilleur fonctionnement des systèmes écologiques. Dans le contexte actuel de l'érosion de la biodiversité, ces résultats publiés dans la revue Nature du 13 mars 2008 soulignent l'importance de l'évolution comme force structurante des systèmes écologiques et ouvrent de nouvelles pistes d'interprétation sur la relation entre la diversité du vivant et le fonctionnement des systèmes écologiques.

L’expérience s’est déroulée en laboratoire. Après avoir créé des microcosmes, constitués de plusieurs sources de carbone pour générer des environnements hétérogènes, les chercheurs ont suivi la diversification évolutive d'une bactérie, Pseudomonas fluorescens. Un clone unique de cette bactérie a été inoculé dans chaque microcosme (microplaque dont chaque « puits » contient une source de carbone différente), puis les bactéries ont été libres d’évoluer pendant plus de 500 générations. Les chercheurs ont aussi manipulé les déplacements des bactéries d’un puits à l’autre d’une même microplaque selon des niveaux bien définis (0%, 1%, 10% et 100% de dispersion). La dispersion est en effet connue pour être un facteur central dans la diversification évolutive. Comme chez la plupart des espèces, les bactéries se diversifient (radiation adaptative(3)) en de nouveaux types écologiques lorsqu’elles sont confrontées à un nouvel environnement. Mais, au contraire de la majorité des espèces, pour lesquelles la radiation se déroule sur des périodes de temps très longues, chez les bactéries elle peut se réaliser en quelques semaines seulement in vitro. Au terme de l’expérience, les chercheurs ont montré que les dispersions intermédiaires (1% et 10%) ont permis d’évoluer vers une plus grande diversité bactérienne et une productivité écologique accrue.

L'érosion actuelle de la diversité biologique oblige à poser un diagnostic rapide sur son rôle dans le fonctionnement des écosystèmes naturels. Il s’agit donc tout à la fois de proposer une approche conceptuelle de l'organisation de la biodiversité, de comprendre ses relations avec le fonctionnement des écosystèmes et de prédire les éventuelles conséquences de son déclin. Jusqu'ici ces questions n’ont été considérées que sous un angle purement écologique : en créant artificiellement des assemblages d’espèces (communautés) de diversité croissante et en en mesurant le fonctionnement sur de courtes échelles de temps. Si des études ont montré que dans certaines conditions, il existe une relation positive entre la diversité et la productivité des communautés, l’approche évolutive n’avait encore jamais été prise en compte. L’expérience d’évolution expérimentale en microcosmes de l’équipe franco-anglaise change la donne. Elle recrée tout simplement les conditions d’émergence de la diversité biologique au laboratoire.

D’une manière générale, les travaux de ces chercheurs suggèrent que l'évolution peut conduire à une forte complexification des systèmes écologiques débouchant sur un meilleur fonctionnement. Ce processus est maximisé lorsque les ressources disponibles sont hétérogènes et les systèmes biologiques convenablement connectés ; des conditions qui ne correspondent pas à la tendance actuelle d'homogénéisation des écosystèmes par les activités humaines. A plus long terme, ces résultats suggèrent que cette homogénéisation risque de réduire la capacité future de diversification du vivant. Une forte homogénéisation des systèmes écologiques empêcherait l’apparition de nouvelles espèces… avec les conséquences fonctionnelles que ces chercheurs viennent de montrer. Un message d’espoir cependant : l’évolution est capable de re-complexifier un système simple et de le rendre plus performant.

evolution

© Patrick Venail (cette image est disponible auprès de la photothèque du CNRS, phototheque@cnrs-bellevue.fr)

La bactérie Pseudomonas fluorescens souche SBW25 très populaire ces dix dernières années comme modèle biologique dans diverses études empiriques sur le processus évolutif et sur l'émergence et le maintient de la diversité. Cette bactérie reçoit son nom de sa capacité à produire des pigments fluorescents sous certaines conditions de culture (premier plan). Au deuxième plan des microplaques Biolog GN2 composées de puits qui contiennent chacun une source de carbone différente et dont sa coloration violette dépend de la capacité de P. fluorescences à exploiter cette dernière.



Notes :

1) Institut des sciences de l'évolution de Montpellier (CNRS, Université Montpellier 2), Laboratoire des écosystèmes lagunaires (CNRS, Université Montpellier 2, Ifremer)
2) Institut des Sciences de l'Evolution (CNRS UMR5554), Université Montpellier II. NERC Centre for Population Biology, Imperial College London. Laboratoire Ecosystèmes Lagunaires (CNRS UMR5119), Université Montpellier II. School of Biological Sciences, Biosciences Building, University of Liverpool.
3) Evolution d'une variété d'espèce à partir d'un ancêtre commun.

Références :

Functional Diversity and Productivity Peak at Intermediate Levels of Dispersal in Evolving Metacommunities, Venail PA, MacLean RC, Bouvier T, Brockhurst MA, Hochberg ME & Mouquet N, Nature 13 mars 2008.

Contacts :

Chercheurs
Nicolas Mouquet
T 04 67 14 93 57
nmouquet@univ-montp2.fr

Patrick Venail
T 04 67 14 40 61
pvenail@univ-montp2.fr

Michael Hochberg
T 04 67 14 36 67
mhochber@univ-montp2.fr

Presse
Cécile Pérol
T 01 44 96 49 88 / 01 44 96 51 51
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