Les isopodes géants des grands fonds marins peuvent survivre jusqu’à cinq ans sans nourriture grâce à un estomac surdimensionné et un métabolisme ralenti adapté au froid, selon une étude. Alors que les grandes tailles sont généralement associées à un besoin plus important d’apport alimentaire, ces animaux disposeraient d’un gène spécifique permettant d’ajuster finement leur métabolisme par rapport à leurs besoins énergétiques et à la disponibilité en nourriture.
Chez les animaux, la taille est généralement proportionnelle au besoin de nourriture. Un éléphant adulte doit par exemple consommer entre 150 et 300 kilogrammes de nourriture par jour, tandis que la baleine en consomme entre 1000 et 4000 kilogrammes selon l’espèce. Autrement dit, plus l’animal est grand, plus il a besoin de consommer de grandes quantités de nourriture en une journée.
Les isopodes géants constituent cependant une exception. Il s’agit de carnivores opportunistes qui se nourrissent soit de carcasses tombant sur le fond marin (baleine, calmars, …), soit de proies lentes comme les oursins, les éponges et les concombres de mer. Les espèces les plus grandes, comme le bathynome géant (Bathynomus giganteus), peuvent atteindre une taille supérieure à un ballon de football.
Cependant, comme les proies sont rares dans les abysses et que la disponibilité de carcasses est imprévisible, les isopodes ont développé une stratégie de survie étonnante. Ils se gavent (littéralement) lorsque la nourriture est disponible, puis peuvent jeûner jusqu’à plus de cinq ans en attendant d’autres opportunités de se sustenter.
Cette apparente contradiction entre la taille et le besoin de nourriture intrigue les biologistes depuis des années. Des chercheurs de l’Institut d’océanologie de l’Académie chinoise des sciences (IOCAS) apportent un nouvel éclairage sur les mécanismes sous-tendant le métabolisme des isopodes.
« Nos travaux permettent non seulement de percer le mystère de la tolérance à la famine extrêmement longue chez les isopodes des grands fonds, mais ils fournissent également un paradigme important pour comprendre comment la vie équilibre croissance et survie dans des environnements extrêmes », explique Jianbo Yuan, l’auteur principal de l’étude publiée récemment dans la revue Cell.
Illustration artistique représentant des isopodes des grands fonds et leur habitat. © Institut d’océanologie de l’Académie chinoise des sciences
Un gros estomac combiné à un métabolisme ralentit
Pour effectuer leurs analyses, les chercheurs ont sélectionné deux espèces d’isopodes : Bathynomus jamesi, qui vit à environ 898 mètres de profondeur, et Bathynomus doederleini, qui vit à environ 300 mètres de profondeur. Ils ont combiné la génomique comparative avec des analyses anatomiques, physiologiques et comportementales. Ils ont également analysé le microbiote digestif des animaux et établi un modèle de survie basé sur l’énergie obtenue et dépensée par rapport à la disponibilité en nourriture.
Chez les isopodes vivant dans les grands fonds marins, l’estomac occupait près des deux tiers du corps, tandis que celui des espèces vivant en eaux moins profondes était plus petit. Lorsqu’il est rempli, l’estomac contient un mélange finement broyé et fortement digéré de nourriture ressemblant à de la boue.
Le contenu digestif abritait cependant relativement peu de bactéries digestives, telles que les Firmicutes. Ce contenu est en revanche riche en Chlamydiae, des bactéries impliquées dans le stockage des lipides. Ces caractéristiques suggèrent que les isopodes des grands fonds consomment massivement de la nourriture quand elle est disponible, puis ralentissent leur métabolisme pour pouvoir s’appuyer sur leurs réserves sur de longues périodes.
Résumé graphique de l’étude. © Jianbo Yuan et al.
Un gène bactérien reprogrammant le métabolisme
L’équipe a également identifié un gène appelé ND1 provenant d’une bactérie symbiotique qui jouerait un rôle clé dans le métabolisme énergétique des isopodes en étant intégré à leur génome. Les crustacés semblent avoir développé une adaptation pour surexprimer le gène. Pour étayer leur hypothèse, les experts ont inséré le gène dans le génome de poissons-zèbres (Danio rerio), des nématodes et des cellules humaines 293T (des cellules rénales embryonnaires immortalisées largement utilisées en biomédecine).
À température stable, le gène a augmenté le métabolisme énergétique et réduit la tolérance au jeûne chez les organismes et les cellules testées. En revanche, à basse température (imitant les conditions des grands fonds marins), le gène a ralenti le métabolisme énergétique et réduit l’activité mitochondriale. Chez le poisson-zèbre, la présence du gène à basse température a augmenté la tolérance au jeûne de 37 %.
Selon les auteurs, il s’agit de la première étude à démontrer une nouvelle stratégie évolutive de la mégafaune des grands fonds marins sur l’optimisation énergétique. « Ces découvertes révèlent une stratégie évolutive exceptionnelle selon laquelle la mégafaune des grands fonds coopte et optimise épigénétiquement des gènes microbiens exogènes pour concilier le conflit métabolique entre le gigantisme énergivore et la limitation énergétique extrême », concluent les chercheurs dans leur étude.
