En une seule journée, dans les eaux calmes d’un seul étang, un million de particules virales pourraient pénétrer dans un organisme unicellulaire connu pour ses minuscules poils, ou cils, qui le propulsent dans ces eaux.
Au cours des trois dernières années, John DeLong de l’Université du Nebraska-Lincoln a été occupé à découvrir un secret potentiel qui pourrait renverser la tendance : ces particules virales sont une source non seulement d’infection, mais aussi de nutrition.
Dans un revirement digne de Pac-Man, DeLong et ses collègues ont découvert qu’une espèce de Halteria – des ciliés microscopiques qui peuplent l’eau douce dans le monde entier – peut manger un grand nombre de chlorovirus infectieux qui partagent leur habitat aquatique. Pour la première fois, les expériences de laboratoire de l’équipe ont également montré qu’un régime uniquement viral, que l’équipe appelle « viroviry », est suffisant pour alimenter la croissance physiologique et même la croissance démographique d’un organisme.
Les chlorovirus, une découverte déterminante pour la carrière de James Van Etten du Nebraska, sont connus pour infecter les algues vertes microscopiques. Finalement, les chlorovirus envahisseurs ont fait éclater leurs hôtes unicellulaires comme des ballons, déversant du carbone et d’autres éléments vitaux dans l’eau libre. Ce carbone, qui aurait pu aller aux prédateurs des minuscules créatures, est plutôt aspiré par d’autres micro-organismes – un sinistre programme de recyclage en miniature et, apparemment, à perpétuité.
« Cela ne fait que réduire le carbone dans cette sorte de couche de soupe microbienne, empêchant les brouteurs de prendre de l’énergie dans la chaîne alimentaire », a déclaré DeLong, professeur agrégé de sciences biologiques au Nebraska.
Mais si les ciliés mangent ces mêmes virus pour le dîner, alors le virovory pourrait contrebalancer le recyclage du carbone que les virus sont connus pour perpétuer. Il est possible, a déclaré DeLong, que le virovory aide et encourage la fuite du carbone de la lie de la chaîne alimentaire, lui accordant une mobilité ascendante que les virus suppriment autrement.
« Si vous multipliez une estimation brute du nombre de virus, du nombre de ciliés et de la quantité d’eau, cela donne cette quantité massive de mouvement d’énergie (en amont de la chaîne alimentaire) », a déclaré DeLong, qui a estimé que les ciliés dans un petit étang pourraient manger 10 000 milliards de virus par jour. « Si cela se produit à l’échelle que nous pensons que cela pourrait être, cela devrait complètement changer notre vision du cycle mondial du carbone. »
« Personne ne l’a remarqué »
DeLong connaissait déjà les façons dont les chlorovirus peuvent s’emmêler dans un réseau trophique. En 2016, l’écologiste s’est associé à Van Etten et au virologue David Dunigan pour montrer que les chlorovirus n’ont accès aux algues, qui sont normalement enfermées dans un genre de ciliés appelé Paramecia, que lorsque de minuscules crustacés mangent la Paramecia et excrètent les algues nouvellement exposées.
Cette découverte a placé DeLong dans « un espace de tête différent » lorsqu’il s’agissait de réfléchir et d’étudier les virus. Étant donné l’abondance de virus et de micro-organismes dans l’eau, il a pensé qu’il était inévitable que, même en mettant de côté l’infection, les premiers se retrouvent parfois à l’intérieur de la seconde.
« Il semblait évident que tout devait avoir des virus dans la bouche tout le temps », a-t-il déclaré. « Il semblait que cela devait arriver, car il y en a tellement dans l’eau. »
DeLong a donc plongé dans la littérature de recherche, avec l’intention de faire surface avec toutes les études sur les organismes aquatiques mangeant des virus et, idéalement, sur ce qui s’est passé quand ils l’ont fait. Il est ressorti avec peu de chose. Une étude, datant des années 1980, avait rapporté que les protistes unicellulaires étaient capables de consommer des virus, mais n’allait pas plus loin. Une poignée d’articles de Suisse ont montré plus tard que les protistes semblaient éliminer les virus des eaux usées.
« Et c’était tout », a déclaré DeLong.
Il n’y avait rien sur les conséquences potentielles pour les micro-organismes eux-mêmes, sans parler des réseaux trophiques ou des écosystèmes auxquels ils appartenaient. Cela a surpris DeLong, qui savait que les virus étaient construits non seulement sur le carbone, mais aussi sur d’autres pierres angulaires élémentaires de la vie. Ils étaient, du moins hypothétiquement, tout sauf de la malbouffe.
« Ils sont constitués de très bonnes choses : des acides nucléiques, beaucoup d’azote et de phosphore », a-t-il déclaré. « Tout devrait vouloir les manger.
« Tant de choses mangent tout ce qu’elles peuvent trouver. Quelque chose aurait sûrement appris à manger ces très bonnes matières premières. »
En tant qu’écologiste qui passe une grande partie de son temps à utiliser les mathématiques pour décrire la dynamique prédateur-proie, DeLong n’était pas tout à fait sûr de savoir comment s’y prendre pour étudier son hypothèse. Finalement, il a décidé de faire simple. D’abord, il lui faudrait des volontaires. Il s’est rendu en voiture dans un étang voisin et a recueilli des échantillons d’eau. De retour à son laboratoire, il a rassemblé tous les micro-organismes qu’il pouvait gérer, quelle que soit l’espèce, dans des gouttes d’eau. Enfin, il a ajouté de généreuses portions de chlorovirus.
Après 24 heures, DeLong recherchait dans les gouttes un signe indiquant que toute espèce semblait apprécier la compagnie du chlorovirus – que même une espèce traitait le virus moins comme une menace que comme une collation. À Halteria, il l’a trouvé.
« Au début, c’était juste une suggestion qu’il y en avait plus », a déclaré DeLong à propos des ciliés. « Mais ils étaient assez gros pour que je puisse en saisir avec une pointe de pipette, les mettre dans une goutte propre et pouvoir les compter. »
Le nombre de chlorovirus a chuté de près de 100 fois en seulement deux jours. La population d’Halteria, qui n’avait rien d’autre à manger que le virus, augmentait en moyenne d’environ 15 fois plus au cours de la même période. Halteria privée du chlorovirus, quant à elle, ne poussait pas du tout.
Pour confirmer que l’Halteria consommait réellement le virus, l’équipe a marqué une partie de l’ADN du chlorovirus avec un colorant vert fluorescent avant d’introduire le virus dans les ciliés. Effectivement, l’équivalent cilié d’un estomac, sa vacuole, a rapidement viré au vert.
C’était sans équivoque : les ciliés mangeaient le virus. Et ce virus les soutenait.
« J’appelais mes co-auteurs : ‘Ils ont grandi ! Nous l’avons fait !' », a déclaré DeLong à propos des découvertes, désormais détaillées dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences. « Je suis ravi de pouvoir voir quelque chose d’aussi fondamental pour la première fois. »
DeLong n’a pas été fait. Son côté mathématique se demandait si cette dynamique particulière prédateur-proie, aussi étrange que cela puisse paraître, pouvait partager des points communs avec les couples plus piétons qu’il avait l’habitude d’étudier.
Il a commencé par tracer le déclin du chlorovirus par rapport à la croissance de l’Halteria. Cette relation, a découvert DeLong, correspond généralement à celles que les écologistes ont observées parmi d’autres chasseurs microscopiques et leurs chassés. L’Halteria a également converti environ 17% de la masse de chlorovirus consommée en une nouvelle masse, ce qui correspond exactement aux pourcentages observés lorsque Paramecia mange des bactéries et que des crustacés d’un millimètre de long mangent des algues. Même la vitesse à laquelle les ciliés se nourrissaient du virus et la disparité d’environ 10 000 fois dans leur taille correspondent à d’autres études de cas aquatiques.
« J’étais motivé pour déterminer si c’était bizarre ou non, ou si ça convenait », a déclaré DeLong. « Ce n’est pas bizarre. C’est juste que personne ne l’a remarqué. »
DeLong et ses collègues ont depuis identifié d’autres ciliés qui, comme Halteria, peuvent prospérer en se nourrissant uniquement de virus. Plus ils en découvrent, plus il semble probable que le virovory puisse se produire dans la nature. C’est une perspective qui remplit la tête de l’écologiste de questions : comment pourrait-elle façonner la structure des réseaux trophiques ? L’évolution et la diversité des espèces en leur sein ? Leur résilience face aux extinctions ?
Encore une fois, cependant, il a choisi de rester simple. Dès que l’hiver du Nebraska se calmera, DeLong retournera à l’étang.
« Maintenant, » dit-il, « nous devons aller voir si c’est vrai dans la nature. »
Plus d’information:
DeLong, John P., La consommation de virus redonne de l’énergie aux chaînes alimentaires, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2215000120. doi.org/10.1073/pnas.2215000120