Les océans tropicaux sont généralement pauvres en nutriments, mais ils abritent de vastes écosystèmes de récifs biologiquement diversifiés construits par des cnidaires symbiotiques (y compris des coraux et des anémones). Cette contradiction apparente, connue sous le nom de paradoxe de Darwin, a intrigué les scientifiques depuis qu’elle a été décrite pour la première fois par Charles Darwin en 1842.
Or, une étude internationale, publiée en Avancées scientifiques et dirigé par des chercheurs de KAUST, a démontré comment l’anémone de mer Aiptasia distribue le sucre qu’elle reçoit de ses symbiotes pour recycler efficacement les déchets azotés dans tout son corps, lui permettant de prospérer dans des environnements pauvres en nutriments.
« De nombreuses études antérieures se sont concentrées sur l’environnement océanique pour découvrir d’où viennent les nutriments limités, en particulier l’azote, qui est très rare », explique le chercheur scientifique Guoxin Cui, qui a travaillé sur le projet sous la supervision de Manuel Aranda.
« Certaines études basées sur les coraux ont émis l’hypothèse que la symbiose corail-algues a généré ces points chauds écologiques. Cependant, le mécanisme moléculaire sous-jacent permettant aux cnidaires de construire ces écosystèmes massifs est resté insaisissable », a déclaré Cui.
Cui était particulièrement intéressé par l’examen de la relation symbiotique au niveau tissulaire. Les cnidaires ont une structure tissulaire simple constituée de deux couches cellulaires principales : le gastrodermis et l’épiderme. Seule la couche interne, le gastrodermis, forme la relation intracellulaire avec les algues.
Tout d’abord, l’équipe a adapté une technique de microdissection au laser pour séparer les deux couches tissulaires d’Aiptasia et étudier l’expression des gènes spécifiques aux tissus. À l’aide de la technologie émergente de séquençage d’ARN unicellulaire, ils ont étudié les profils de transcription d’ARN associés à la symbiose à des échelles cellulaires fines. C’est la première fois que de telles techniques sont utilisées pour étudier la symbiose chez les anémones de mer.
L’approche a permis aux chercheurs d’identifier les principaux transporteurs impliqués dans l’assimilation de l’azote, avant d’utiliser la coloration des anticorps pour suivre la localisation de ces transporteurs de nutriments au sein de l’anémone.
« Nous avons découvert que l’anémone modifie l’expression et la localisation des transporteurs de nutriments pour distribuer le glucose qu’elle reçoit de ses symbiotes dans tous ses tissus », explique Aranda. « Il utilise la majeure partie de sa masse corporelle pour recycler les déchets azotés produits, parallèlement au traitement de tout ammonium disponible dans l’environnement. »
La relation symbiotique transforme l’organisme entier en un assimilateur d’azote, note Cui. « Cela remet en question la croyance répandue selon laquelle les algues sont les seuls acteurs de l’assimilation de l’azote ; l’anémone joue également un rôle majeur dans le recyclage de ce nutriment rare. Elles forment un seul méta-organisme inséparable.
L’équipe espère que cette étude fournira la base pour créer de meilleures méthodes de reproduction sélective et pourra éclairer les efforts de sauvegarde des écosystèmes récifaux. Ils élargissent leurs recherches pour examiner les relations symbiotiques entre différents taxons de cnidaires et contextes écologiques.
Plus d’information:
Guoxin Cui et al, Aperçus moléculaires du paradoxe de Darwin des récifs coralliens de l’anémone de mer Aiptasia, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.adf7108