Un modèle mathématique contribue à combler l'écart entre le labo et le monde «réel»
Des scientifiques originaires du Royaume-Uni et des États-Unis ont créé un modèle mathématique qui prédit le résultat d'études de biodiversité de laboratoire. Leur objectif était de découvrir si les résultats des expériences de biodiversité menées dans des écosystèmes miniatures, fabriqués par l'homme pouvaient être appliquées aux phénomènes de la réalité. Afin de découvrir pourquoi certaines régions terrestres possédaient une plus grande biodiversité que d'autres, de nombreuses décennies d'études sur le terrain à étudier une partie d'un système complexe au cours de son évolution. L'option la plus efficace est de créer des mini-écosystèmes in vitro, dans lesquels de nombreuses générations de bactéries peuvent être observées dans plusieurs situations. Cette approche simplifiée d'étudier la biodiversité possède toutefois certains problèmes inhérents, l'un d'entre eux étant la relation ténue entre les expériences en laboratoire et les questions très larges auxquelles elles tentent de répondre. En effet, il est souvent difficile de déterminer si les résultats obtenus sont spécifiques à un laboratoire donné, ou à une expérience en particulier ou encore si ces résultats sont «vrais» et donc peuvent être appliqués de manière générale. Le professeur Laurence Hurst, de l'université de Bath, au Royaume-Uni, et ses collègues ont cherché à répondre à cette question en testant la théorie dite «de la coévolution en mosaïque géographique». Cette théorie affirme que trois conditions sont nécessaires pour former une biodiversité, à savoir un hôte, un parasite et des nutriments. Dans cette hypothèse, changer une des conditions modifie le niveau de diversité: Il suffit d'augmenter ou de réduire les nutriments donnés à l'hôte et au parasite, et la diversité résultante augmentera ou diminuera en conséquence. Dans la première partie de l'expérience, les scientifiques de l'Université de Californie à Santa Cruz, aux États-Unis, ont cultivé une espèce de bactérie (E. coli) avec un virus (T7) et ont diminué et ensuite augmenté leur ration de sucre sur le cours de 150 générations, à savoir 17 jours. Cultiver des bactéries et des virus ensemble les ont forcé à continuellement s'adapter les uns aux autres: trois nouvelles souches de bactéries sont apparues pour tenter d'éradiquer le virus; de son côté, celui-ci avait muté à plusieurs reprises. Leurs résultats étayaient la théorie de la coévolution en mosaïque géographique. Dans ce système, davantage de diversité avait été observée lorsque la quantité de nutriments était diminuée. Dans un environnement riche en substances nutritives, les souches les plus vulnérables étaient détruites, tandis que dans un environnement faible en substances nutritives, le nombre réduit de particules de virus ont permis à davantage de souches de bactéries de survivre. En d'autres termes, le taux de diversité le plus élevé a été observé lorsque la quantité de nutriments dans le mini-écosystème était moindre. Les professeurs Ivana Gudelj et Robert Beardmore de l'Imperial College de Londres, au Royaume-Uni ont alors crée un modèle mathématique de ce mini-écosystéme techniquement complexe et élégant. «Le modèle était capable de prévoir les résultats de l'expérience, ce qui était assez excitant,» a déclaré le professeur Hurst à CORDIS Nouvelles. Il pouvait prévoir quelles étaient les souches de bactéries qui seraient les plus communes, à quel degré la diversité serait visible selon l'augmentation ou la réduction du niveau de sucre. L'étape suivante était de voir si les mêmes résultats pouvaient être atteints lorsque l'on utilisait un autre type de virus. Les résultats étaient complètement différents: une plus grande quantité de sucre conduisait à davantage de diversité. L'étude a conclut que dans un système quelconque, les détails génétiques concernant la manière dont un hôte et un parasite interagissent sont essentiels selon que la diversité diminue ou augmente en fonction de la quantité des nutriments. En d'autres termes, la biodiversité ne dépend pas simplement de la disponibilité des substances nutritives dans un environnement, elle dépend de changements mineurs dans la constitution génétique de ses hôtes et parasites. Le professeur Hurst explique qu' «il existe toujours une variation au niveau du modèle mathématique. Peu importe là où l'on analyse le modèle, la diversité varie, et son augmentation et sa diminution dépend du virus ou de la bactérie utilisée.» Ce que cette étude montre sur l'application des résultats de laboratoire au terrain est qu'il n'est pas possible de faire des hypothèses sur la quantité des nutriments et la biodiversité. Dans chaque écosystème, une connaissance détaillée de la génétique des espèces impliquées est importante en vue de déterminer les effets des nutriments sur l'évolution de ces espèces.
Pays
Royaume-Uni, États-Unis