Les organismes du monde entier sont confrontés à des niveaux de stress sans précédent dus au changement climatique, à la destruction de l’habitat et à de nombreux autres changements anthropiques de l’environnement. Pour prévoir et atténuer les effets de ce stress croissant sur les organismes et les services environnementaux dont nous dépendons, il faut comprendre pourquoi certaines espèces peuvent exister dans un large éventail d’environnements alors que d’autres n’existent que dans quelques habitats.
Dans le monde scientifique de l’écologie, les chercheurs tentent souvent de classer les organismes de notre planète en deux catégories : les spécialistes et les généralistes. Les généralistes peuvent survivre dans diverses conditions environnementales et habitats, tandis que les spécialistes sont plus restreints ou limités à des conditions de survie spécifiques. L’ours panda, par exemple, ne se nourrit que de bambou dans un habitat spécifique. Non seulement leur habitat est limité, mais leur régime alimentaire l’est aussi, et si la plante de bambou s’éteignait, les pandas pourraient également s’éteindre.
Mais qu’en est-il du monde microbien des organismes invisibles que l’on trouve partout sur Terre, de l’intestin humain au sol sous nos pieds ? Dans quelle catégorie rentrent-ils ?
Pour trouver la réponse, un groupe d’étudiants diplômés et postdoctoraux du laboratoire de biologie de la professeure agrégée Michelle Afkhami au Collège des arts et des sciences de l’Université de Miami a étudié les séquences d’ADN des procaryotes, un groupe de microbes qui comprend toutes les bactéries et les archées.
Les résultats sont dans une étude intitulée « La spécialisation et la généralisation multidimensionnelles sont omniprésentes chez les procaryotes du sol », disponible dans la revue Écologie de la nature et évolution.
« L’idée derrière le projet était de découvrir si ces microbes peuvent exister dans une gamme étroite ou large de conditions dans de nombreuses dimensions environnementales différentes », a déclaré Damian Hernandez, ancien étudiant diplômé du laboratoire d’Afkhami et maintenant postdoctorant en préparation d’une bourse de recherche en biologie. avec la Fondation nationale des sciences.
« Plus précisément, nous voulions savoir si les microbes sont généralement des spécialistes multidimensionnels, des généralistes multidimensionnels, ou utilisent différentes stratégies sur différentes dimensions environnementales – et quel effet cela pourrait avoir sur leurs rôles au sein des communautés.
« Les dimensions environnementales que nous avons utilisées pour déterminer si les microbes sont des généralistes ou des spécialistes étaient basées sur de multiples conditions environnementales dans le sol dans lequel ils vivent, par exemple, la litière de feuilles, la température, l’eau et les nutriments », a-t-il ajouté.
Dans un effort de collaboration de deux ans, l’équipe d’étudiants a analysé plus de 200 échantillons de sol collectés par le National Ecological Observatory Network (NEON) à partir de sites à travers les États-Unis. Sur plus de 1 200 procaryotes examinés, Hernandez et l’équipe ont trouvé quelque chose d’assez surprenant. Ils ont découvert que la majorité (90 %) des microbes étaient soit des généralistes multidimensionnels, soit des spécialistes multidimensionnels.
Essentiellement, si un microbe était un généraliste sur un axe environnemental, il était presque toujours un généraliste sur tous les autres axes ; et s’il était spécialiste d’un axe environnemental, il se spécialisait sur tous les axes. En plus de fournir des informations importantes sur la structure des communautés microbiennes, cette découverte fournit certaines des premières preuves de la spécialisation et de la généralisation multidimensionnelles dans tout type d’organisme.
« Nous avons constaté que les microbes peuvent être très limités là où ils peuvent exister », a déclaré Hernandez, qui est le premier auteur de l’étude. « Les microbes généralistes sont très flexibles et peuvent résister à un plus large éventail de conditions. Mais les microbes spécialisés sont sensibles à de nombreuses conditions environnementales différentes car ils sont limités sur plusieurs axes environnementaux et donc tout changement dans l’environnement peut entraver leur survie.
« En théorie, si un écosystème est structuré par des microbes qui sont des spécialistes, alors ces écosystèmes sont plus susceptibles d’être sensibles aux changements environnementaux », a-t-il déclaré.
Afkhami confirme que les résultats présentent un argument intéressant sur la façon dont les microbes peuvent survivre dans un climat changeant.
« Comme nous l’avons appris de l’étude, les microbes généralistes peuvent vivre dans un large éventail d’habitats, ce qui peut signifier que ces microbes peuvent être résistants au changement climatique ou à la fragmentation de l’habitat, car ils sont susceptibles de tolérer des conditions environnementales changeantes. Ils sont également très dominant au sein des communautés microbiennes », a-t-elle déclaré.
En revanche, l’équipe a découvert que les microbes spécialisés peuvent être très sensibles aux changements environnementaux. Les microbes classés comme spécialistes semblent également être d’importants « organisateurs communautaires » en raison de leur haute fonctionnalité dans le monde microbien. Par exemple, l’équipe de recherche a découvert que les microbes spécialisés sont plus susceptibles d’être ceux qui peuvent favoriser la croissance des plantes, détoxifier le sol, digérer les carbones complexes dans le sol et ajouter des nutriments au sol.
« C’est très préoccupant car ce que nous avons également appris dans l’étude, c’est que les spécialistes microbiens sont hautement connectés au sein du réseau microbien et peuvent être considérés comme des espèces clés pour maintenir et conduire la diversité et la fonction du microbiome », a déclaré Afkhami.
« Dans cette étude, nous pouvons commencer à comprendre – dans un sens plus large dans la communauté du microbiome – certaines de leurs fonctions biologiques, leurs rôles dans la communauté microbienne et comment ils réagiront aux changements globaux sur la planète. »
Plus d’information:
Damian J. Hernandez et al, La spécialisation et la généralisation multidimensionnelles sont omniprésentes chez les procaryotes du sol, Écologie de la nature et évolution (2023). DOI : 10.1038/s41559-023-02149-y