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Comment les ascidies se protègent du fouling

Dossier - Communiquer sans oreilles et sans yeux
DossierClassé sous :zoologie , ascidie , protection chimique

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La communication est un des fondements de la vie. Les ascidies sont des organismes marins très exposés à la prédation et à la colonisation. Comment font ces invertébrés pour s’en protéger ? C’est ce que nous essayons de comprendre à travers ce dossier.

  
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Les ascidies sont des invertébrés marins très évolués (voir ci-dessus l’arbre de Cuénot : on constate alors que les éponges, animaux qui pourraient leur ressembler physiquement, sont situées en bas de l’arbre, les ascidies se situent très haut sur la branche de gauche).

Elles sont soumises en permanence à différents types d’agression tels que les radiations UV, la pression de prédation, elles doivent se battre pour l’espace ou encore pour ne pas se faire coloniser.

Les deux invertébrés représentés sur cette photographie (ascidie en rouge et éponge en mauve) sont en lutte permanente pour l’espace. Sur cette illustration, on comprend que ce sont les ascidies coloniales qui sont en train de gagner cette lutte puisque peu à peu, elles gagnent de l’espace sur la surface de l’éponge. © : S. Lopez-Legentil.

Lorsqu'on observe ces ascidies, on peut constater que le plus souvent, leur surface est propre, c'est-à-dire dépourvue d'organismes colonisateurs. Le processus de colonisation d'un organisme substrat par des organismes épibiontes (le terme épibionte est utilisé pour définir un organisme non parasite qui vit sur un autre organisme) est un processus assez bien connu actuellement et constitué de plusieurs phases. Ce processus nommé fouling est schématisé dans la figure ci-dessous. 

Processus de colonisation = fouling

Le processus de colonisation d’un substrat plongé dans l’eau de mer est appelé fouling. Il se décompose en quatre grandes séquences dépendant de la précédente. Juste après immersion d’un substrat et de son conditionnement biochimique, les organismes microscopiques vont se fixer, suivis des organismes macroscopiques unicellulaires. Les organismes pluricellulaires vont se fixer enfin. © : A. Simon-Levert

Un substrat, qu'il soit vivant ou inerte, dès lors qu'il est immergé dans l'eau de mer et surtout non protégé, va être systématiquement colonisé. Ce processus de colonisation, appelé fouling, se décompose en plusieurs étapes. Très rapidement, en une à quelques heures, vont se fixer des molécules de différentes tailles (glycoprotéines, polysaccharides, lipides ...). Cette première étape dite de conditionnement biochimique va ensuite favoriser la fixation de microorganismes tels que des bactéries et des champignons. Cette étape, rapide elle aussi (quelques heures à une journée) se déroule en deux phases : une phase d'adsorption pendant laquelle les microorganismes vont entrer en contact avec le film biochimique et une phase d'adhésion au cours de laquelle ceux-ci vont véritablement se fixer. Alors que les phases précédentes sont réversibles, à partir de la phase d'adhésion, le véritable processus de colonisation débute de façon irréversible. En quelques jours, vont ensuite venir se fixer des organismes un peu plus gros mais toujours unicellulaires (constitués d'une seule cellule mais d'un véritable noyau, c'est la raison pour laquelle ils s'appellent eucaryotes). A partir de ce stade, une véritable chaîne trophique se met en place, c'est-à-dire qu'un mini écosystème autonome est crée sur le substrat. Ce n'est qu'au bout de quelques dizaines de jours à quelques mois que les organismes pluricellulaires vont se fixer, constituant la dernière phase de colonisation. Ce sont ces organismes, algues, petits crustacés, que nous connaissons tous pour en avoir déjà-vu sur les coques des bateaux ou sur les coquilles de moules.

Les coques de bateaux en particulier sous soumises à la colonisation. La photographie représente un bateau recouvert de « fouling » et une vue de détail des balanes. Les propriétaires de bateaux connaissent bien ce problème et doivent régulièrement appliquer des peintures antifouling sur les parties immergées de leurs embarcations. © : A. Simon-Levert

Nous venons de le voir, aucun substrat n'est à l'abri du fouling. C'est la raison pour laquelle on recouvre les coques de bateaux, les installations piscicoles, les pontons les embarcadères etc. de peintures antifouling. Les organismes marins ne sont pas non plus à priori protégés de la pression de colonisation. Certains animaux se servent d'ailleurs même de cette colonisation pour se protéger des prédateurs, à l'image du coquillage représenté sur la photographie ci-dessous.

Le coquillage représenté sur la photographie ci-dessus se sert de la colonisation pour se camoufler. Il se laisse volontairement recouvrir de fouling afin d’être à l’abri des prédateurs. © : JP. Pointier.

D'autres encore vivent avec des épibiontes sans en être gênés. C'est le cas des ascidies solitaires représentées sur la photographie ci-dessous. Elles aussi se laissent recouvrir de fouling, en revanche, il est nécessaire que leurs deux siphons (un siphon pour filtrer et l'autre pour excréter) soient libres de colonisateurs.

Polycarpa sp. est une ascidie solitaire qui vit recouverte de fouling. C’est un bon moyen pour elle de se protéger des prédateurs en se camouflant. En revanche, il est nécessaire que les deux siphons (mis en évidence par les flèches sur la photographie) soient dépourvus de colonisateurs. © : JP. Pointier

En revanche, de nombreuses autres ascidies coloniales, sont obligées de se défendre de cette colonisation si elles veulent survivre. En effet, ces organismes vivent en colonies regroupées sous une tunique avec de nombreuses ouvertures (siphons) qui leur permettent de filtrer l'eau de mer pour se nourrir. Si ces siphons sont recouverts de colonisateurs, les organismes ne peuvent plus se développer.

Les ascidies coloniales sont des organismes qui vivent, comme leur nom l’indique, en colonies regroupées sous une tunique et partagent des siphons (petites ouvertures visibles sur la photographie). © : JP. Pointier.

Les mécanismes de lutte contre le fouling mis en œuvre par les ascidies coloniales peuvent être divisés en deux catégories : les défenses physiques et les défenses chimiques, ces deux modes de défense étant d'ailleurs susceptibles de coexister au sein d'un même organisme.

Certaines ascidies ou éponges sont capables, pour se protéger du fouling, de régénérer leur épiderme. 'autres espèces possèdent une cuirasse constituée d'une couche de quelques millimètres de petits spicules en forme de sphères ; d'autres ont des spicules très longs qui dépassent de leur surface et forment une herse protectrice.

Les spicules sont des organites calcaires présents sous la tunique de nombreuses ascidies. Elles sont de formes et de tailles variables. Certaines espèces possèdent des spicules qui peuvent dépasser de la surface de certaines ascidies afin de les protéger de la colonisation. © : S. Lopez-Legentil.

Le premier mode de défense des ascidies se limite donc aux propriétés structurales de la tunique et se retrouve seulement chez quelques espèces. La seconde stratégie développée par les ascidies est la production de substances de défense.

C'est à la fin des années 70 que cette hypothèse a été élaborée pour la première fois. Stoecker a remarqué que la tunique de certaines ascidies, par ailleurs capable de se régénérer, possédait une concentration élevée en un métal, le vanadium et que son pH était acide, empêchant ainsi la fixation de larves d'autres organismes. Cette théorie a par la suite été réfutée par de nombreux scientifiques mettant en doute le fait qu'une faible valeur de pH et une forte concentration de vanadium dans la tunique puissent être corrélées à l'absence de fouling.

Même si cette théorie n'est actuellement plus défendue, elle a permis d'envisager pour la première fois l'existence d'un moyen de défense chimique. Actuellement, il est admis que de nombreux invertébrés, parmi lesquels les ascidies, sont capables de produire des molécules, appelés métabolites secondaires, pour empêcher l'installation et la fixation d'organismes caractéristiques du fouling.

C'est ce que nous essayons de démontrer au sein de notre laboratoire. Nous avons par exemple déterminé que deux ascidies coloniales étaient capables de sécréter des métabolites secondaires empêchant d'une part la colonisation de certaines bactéries et la fixation des larves de balanes, agissant ainsi à un stade précoce et un stade plus avancé du fouling.

Nous avons observé que les colonies de l’ascidie Cystodytes dellechiajei n’étaient pas recouvertes de colonisateurs alors même que le substrat sur lequel elle se développe en est recouvert. Nous avons ainsi mis en évidence que les molécules qu’elle produisaient étaient capables d’empêcher le développement de film bactérien et la fixation des larves de balanes, participant ainsi à sa défense antifouling. © : S. Lopez-Legentil.

Le milieu marin est donc un immense « réservoir » de molécules, dont de nombreuses possèdent des structures nouvelles et originales. C'est la raison pour laquelle les scientifiques s'intéressent particulièrement aux métabolites secondaires d'origine marine pour la recherche de nouveaux composés à potentiel pharmacologique.