La symbiose bactérienne des crevettes abyssales est le résultat d’une évolution graduelle
Une étude internationale dévoile comment les crevettes vivant près des sources hydrothermales des grands fonds marins ont développé, à plusieurs reprises et de façon indépendante, des associations symbiotiques avec des bactéries chimiosynthétiques. Cette recherche révèle un gradient évolutif allant de l'absence totale de symbiose à une dépendance complète, remettant en question notre compréhension de l'évolution dans les environnements extrêmes.
D
ans les profondeurs océaniques, là où la lumière du soleil ne pénètre jamais, prospère un écosystème fascinant autour des sources hydrothermales. Ces cheminées sous-marines crachent des fluides riches en composés chimiques qui servent de source d'énergie pour des communautés microbiennes uniques. Au cœur de cet environnement hostile, des crevettes de la famille des Alvinocarididae ont trouvé une solution remarquable pour survivre en établissant des partenariats symbiotiques avec des bactéries capables d'exploiter cette énergie chimique au travers du processus de chimiosynthèse.
Une équipe scientifique internationale a entrepris une étude globale sans précédent de 22 espèces de crevettes appartenant à cette famille, provenant de 32 sites hydrothermaux répartis dans tous les océans du monde. Les prélèvements ont été effectués entre 2004 et 2023 lors de 31 expéditions océanographiques. L'expertise des chercheurs de l'unité de recherches FOCUS de l'ULiège a joué un rôle crucial dans cette découverte, via l’analyse des rapports en isotopes stables, qui ont permis de caractériser avec précision les stratégies alimentaires des différentes espèces de crevettes. "Les rapports en isotopes stables du carbone, de l’azote et du soufre sont essentiels pour comprendre les relations trophiques dans ces écosystèmes, explique Loïc Michel, biologiste marin à l'ULiège. En comparant les compositions isotopiques des tissus musculaires et des pièces buccales des crevettes, nous avons pu déterminer dans quelle mesure chaque espèce dépend de ses symbiotes bactériens pour se nourrir."
Les résultats ont révélé des différences spectaculaires entre espèces cohabitant dans un même site hydrothermal. Par exemple, au niveau du champ hydrothermal de Puy des Folles, sur la dorsale médio-atlantique, à près de 2000 m de profondeur, la crevette aveugle Rimicaris exoculata montre une composition isotopique caractéristique d’une nutrition quasi-exclusive basée sur ses symbiotes (les bactéries hébergées dans sa tête et son céphalothorax). A l’inverse, sa cousine Alvinocaris markensis présente des valeurs indiquant une alimentation non-symbiotique traditionnelle. Entre ces deux extrêmes, Rimicaris chacei affiche des compositions intermédiaires, suggérant un régime mixte combinant symbiose et autres sources alimentaires.
Un continuum évolutif plutôt que deux catégories distinctes
"Grâce aux observations au microscope électronique à balayage, nous avons pu établir un système de notation de la colonisation bactérienne (symbiose) allant de 0 - soit une absence totale - à 24 - représentant une colonisation très dense sur plusieurs parties de la tête et des pièces bucales, reprend Loïc Michel. Les résultats révèlent un gradient continu plutôt qu’une division nette entre espèces symbiotiques et non-symbiotiques. Cette découverte suggère que la symbiose chimiosynthétique (qui transforme des éléments chimiques en éléments nutritifs) chez ces crevettes est un processus évolutif graduel et dynamique."
Au-delà de son intérêt purement scientifique, cette étude a des implications importantes pour la conservation des écosystèmes hydrothermaux. La diversité des stratégies alimentaires au sein d’une même famille remet en question les catégorisations simplistes utilisées dans certaines études de conservation. Cette complexité fonctionnelle renforce l’idée que les écosystèmes des sources hydrothermales sont particulièrement vulnérables, avec peu de redondance fonctionnelle entre espèces. Cela rend cette découverte particulièrement critique dans le contexte des pourparlers concernant l’exploitation commerciale des grands fonds, à propos de laquelle la communauté scientifique a appelé à un moratoire.
"Cette étude bouleverse ce que l’on connait des symbioses, se réjouit Pierre Methou, biologiste marin à l'IFREMER. Elle nous a permis de mettre en évidence que leur évolution chez les crevettes des grands fonds est un processus dynamique influencé par des facteurs complexes, et qui se met en place de manière progressive. L'émergence indépendante du recours exclusif à la symbiose chez différentes crevettes, aux côtés d’un éventail de modes d’alimentation différents, illustre bien la quantité immense de choses qu’il nous reste des choses à découvrir à propos de ces espèces qui habitent les cheminées hydrothermales et environnements extrêmes des grands fonds".
Comprendre ces cas intermédiaires de symbiose est aussi essentiel que d’étudier les symbioses complètes chez les espèces emblématiques. Cela permet de mieux comprendre les trajectoires évolutives qui mènent à l’établissement de relations symbiotiques, un processus dynamique et encore en cours dans certaines lignées.
Cette étude a été dirigée par l'IFREMER (L'institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la MER) en partenariat avec l’Université de Liège, le JAMSTEC (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology), Sorbonne Université, la Temple University (USA), l’Université de Southampton (UK) et l’Université de Rhode Island (USA).
Référence scientifique
Methou P., Mathieu-Resuge M., Michel L.N., Cueff-Gauchard V., Kayama Watanabe H., Cowell E.J., Copley J.T., Beinart R., Zbinden M., Pradillon F., Cambon M.-A., Chen C., Evolutionary convergence and trophic diversity in hot vent and cold seep shrimps showcase a continuum of symbiosis, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2026.
