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Le paradoxe de la dormance: pourquoi dormir quand on peut manger?

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Crédit: Image de Dieter Ebert, reproduite de Wikimedia Commons sous Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International license

Pourquoi les prédateurs pondent-ils parfois des œufs dormants – des œufs qui sont robustes, mais qui prennent longtemps à éclore et sont-ils coûteux à produire?

C'est la question à laquelle des chercheurs de l'Université de technologie et de design de Singapour (SUTD) ont tenté de répondre dans un récent article publié dans Advanced Science un journal de recherche de pointe avec un facteur d'impact de 15.804 (2019 Journal Citation Reports).

La réponse traditionnelle est que ces œufs robustes permettent à la population de survivre à des conditions environnementales difficiles, comme l'hiver ou la sécheresse. Cependant, cela n'explique pas pourquoi des œufs dormants sont pondus même dans des habitats non saisonniers, tels que les lacs tropicaux.

L'équipe de chercheurs dirigée par le professeur adjoint Kang Hao Cheong du SUTD, en collaboration avec le Dr Eugene V. Koonin, senior chercheur au National Institutes of Health, ont découvert une autre explication: la dormance est une réponse naturelle à la sur-prédation. Dans les habitats non saisonniers, les organismes proies, comme les algues dans un lac, se développent en très grandes populations. Cela conduit leurs prédateurs, comme le zooplancton, à les consommer à un rythme élevé et à croître également en population. Finalement, cela conduit à une surconsommation. Alors que la population d'algues s'effondre, il reste peu de nourriture pour la grande quantité de zooplancton, qui commence alors à mourir de faim et à mourir.

C'est durant cette période de pénurie alimentaire que la dormance prend tout son sens. Si un zooplancton avait pondu à l'avance des œufs dormants robustes à éclosion lente, ces œufs écloseraient probablement après le rétablissement des populations de proies, leur permettant de survivre et de se reproduire. D'un autre côté, si le zooplancton avait seulement pondu régulièrement des œufs à éclosion rapide, ces œufs écloseraient probablement au milieu de la famine et ne contribueraient pas beaucoup au rétablissement de la population de zooplancton. Finalement, seuls les zooplancton qui pondent des œufs dormants domineraient la population.

En découvrant cette explication, les chercheurs se sont inspirés d'un phénomène appelé le paradoxe de Parrondo. Le paradoxe stipule qu'il est possible d'alterner entre une paire de stratégies perdantes, comme perdre des paris dans un pari, et finir par gagner. Lorsque la nourriture est abondante, les chercheurs ont réalisé que la dormance est tout aussi paradoxale.

«Pourquoi dépenser plus d'énergie à pondre des œufs dormants, alors que vos concurrents économisent de l'énergie en pondant des œufs réguliers? Et pourquoi investir dans des œufs qui mettent plus de temps à éclore, alors que vos concurrents pondent des œufs qui éclosent plus rapidement et deviennent rapidement des adultes? C'est ce que nous devions expliquer », a déclaré Zhi-Xuan Tan, l'auteur principal de l'étude. "Tout comme dans le paradoxe de Parrondo, nous avons eu une paire de stratégies perdantes: la stratégie de pondre des œufs dormants, et la stratégie de rester dormant comme un œuf au lieu d'éclore."

Comme les chercheurs l'ont découvert, le basculement entre ces deux stratégies de perte assure la survie contre les pénuries alimentaires créées par la sur-prédation.

Les implications de cette étude pourraient aller au-delà d'expliquer pourquoi les prédateurs pondent des œufs dormants. «L'une des premières applications du paradoxe de Parrondo a en fait été d'expliquer un processus biologique: comment les moteurs moléculaires dans nos muscles pouvaient produire un mouvement directionnel soutenu», a observé le professeur adjoint Kang Hao Cheong du SUTD, l'investigateur principal de cette étude. "Nous pensons que la pertinence du paradoxe de Parrondo pour la biologie pourrait être encore plus large."

Par exemple, les chercheurs suggèrent que le paradoxe de Parrondo pourrait également expliquer pourquoi les virus infectant les bactéries alternent souvent entre une phase lysogène dormante, où les virus incorporent leur ADN dans le génome bactérien, et une phase lytique active et infectieuse, qui tue les bactéries.

"Pour aller plus loin, nous pourrions même être en mesure d'expliquer l'évolution de la vie multicellulaire", a déclaré le professeur adjoint Cheong. «Comment les organismes unicellulaires ont-ils commencé à coopérer suffisamment pour former des organismes multicellulaires, alors que tricher et profiter d'autres cellules pouvaient souvent donner de meilleurs résultats? La coopération étant une stratégie perdante dans ce contexte, nous soupçonnons que le paradoxe de Parrondo pourrait un jour apporter des réponses. "

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Article de recherche trouvé à: Advanced Science 2020, doi.org/10.1002/advs.201901559

Contact avec les médias
Jessica Sasayiah
jessica_sasayiah@sutd.edu.sg

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http://dx.doi.org/10.1002/advs.201901559

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