Comment évoluent les relations symbiotiques entre espèces ?

Les relations symbiotiques sont omniprésentes dans la nature. Les champignons améliorent l’absorption de l’eau et des nutriments par les plantes en se nourrissant de leurs racines. Les fourmis trouvent de la nourriture et un abri dans les structures arborescentes, tandis que les insectes défendent les arbres contre leur consommation. Cependant, toutes les relations symbiotiques ne sont pas égales.

Certaines interactions sont spécifiques, où un hôte s’associe à une seule autre espèce. D’autres sont généraux et flexibles. Les relations spécifiques présentent des avantages, permettant aux deux espèces de récolter des bénéfices mutuels et de co-évoluer. Mais ce type de partenariat peut aussi avoir un coût : un partenaire exploite l’autre et prend plus que ce qu’il offre en retour.

Pour étudier la dynamique évolutive de la spécialisation, des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie ont développé un cadre modèle utilisant la théorie des jeux.

« Chaque interaction a une dynamique très différente », a déclaré Erol Akçay, auteur principal de l’étude. « Les généralistes peuvent évoluer pour mieux travailler avec davantage de partenaires, les spécialistes peuvent se spécialiser pour être plus coopératifs et d’autres spécialistes peuvent se spécialiser pour mieux exploiter. Notre étude est la première à s’intéresser à la nature dialectique de la spécialisation, et pas seulement à opposer spécialisation et généralisation.

En tant qu’étudiant de premier cycle, Chris Carlson s’est intéressé à comprendre pourquoi les variations entre généralisme et spécialisation pouvaient persister.

En collaboration avec Akçay et Bryce Morsky, un modèle a été développé qui imagine les interactions d’« hôtes » désignés avec des préférences générales ou spécialisées et des « symbiotes » qui fournissent et reçoivent différents avantages et coûts de leurs interactions avec divers hôtes.

Les experts ont découvert qu’une stratégie de partenariat coopératif, bénéficiant aux deux parties, pourrait persister dans des populations comportant un hôte spécialisé et un symbiote spécialisé correspondant. En fonction des avantages ou des retombées, une stratégie de partenariat généraliste pourrait également persister.

D’un autre côté, dans les partenariats où l’hôte augmentait les bénéfices tandis que le symbiote en récoltait moins, un résultat plus dynamique se produisait. Différents hôtes et symbiotes augmentent et diminuent dans la population au fil du temps. Les généralistes étaient conduits à l’extinction si le gain était inférieur à celui d’un spécialiste.

Les chercheurs ont appliqué une couche spatiale à leurs modèles pour refléter le fait que les relations symbiotiques nécessitent que les deux espèces impliquées se rencontrent dans l’espace.

« Les voisins seront plus susceptibles d’interagir entre eux, donc qui est votre voisin et la manière dont il interagit peut affecter le résultat », a déclaré Morsky.

L’équipe a découvert que les spécialistes coopératifs pouvaient développer des « zones » de domination s’ils pouvaient se déplacer sur de courtes distances. Si le gain était suffisamment élevé, les généralistes pourraient persister à la périphérie de ces zones. Toutefois, si les hôtes et les symbiotes pouvaient se déplacer sur de plus grandes distances, une seule paire hôte-symbiote pourrait complètement dominer un espace.

« Disons que vous avez un récif corallien avec différents types de coraux et différents types d’algues », a déclaré Akçay. « Si un hôte est un spécialiste coopératif et que le symbiote sur lequel il se spécialise est réparé, l’hôte fait mieux et ces hôtes peuvent donc se développer. Cela crée des modèles spatiaux spécifiques que nous avons pu suivre.

Ce qu’il faut retenir, c’est que la spécialisation coopérative semble être une stratégie utile, mais qu’elle comporte des risques. Le partenaire coopérant d’un hôte pourrait disparaître, laissant l’hôte sans symbiote.

Les chercheurs espèrent que leurs travaux donneront un aperçu de la variété des modèles de mutualisme qui existent dans la nature et contribuent à la biodiversité.

« Lorsque les gens parlent de spécialisation, ce dualisme est toujours en arrière-plan », a déclaré Akçay. «Cet ouvrage permet de le faire ressortir et de clarifier les tensions qui existent entre mutualismes.»

La recherche est publiée dans la revue Évolution.

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Par Katherine Bucko, Espèces-menacées.fr Rédacteur