Une créature de la taille d’un grain de poussière a été découverte cachée dans le lac Mono en Californie

Le lac Mono, dans l’est de la Sierra Nevada, est connu pour ses imposantes formations de tuf, ses abondantes crevettes de saumure et ses nuages ​​noirs de mouches alcalines particulièrement adaptées à l’eau salée, chargée d’arsenic et de cyanure.

Des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley ont découvert une autre créature inhabituelle se cachant dans les eaux peu profondes et salées du lac, une créature qui pourrait renseigner les scientifiques sur l’origine des animaux il y a plus de 650 millions d’années.

L’organisme est un choanoflagellé, une forme de vie microscopique unicellulaire qui peut se diviser et se développer en colonies multicellulaires d’une manière similaire à la formation des embryons animaux. Il ne s’agit cependant pas d’un type d’animal, mais d’un membre d’un groupe frère de tous les animaux. Et en tant que parent vivant le plus proche des animaux, le choanoflagellé est un modèle crucial pour le passage de la vie unicellulaire à la vie multicellulaire.

Étonnamment, il abrite son propre microbiome, ce qui en fait le premier choanoflagellé connu à établir une relation physique stable avec les bactéries, au lieu de les manger uniquement. En tant que tel, il est l’un des organismes les plus simples connus à posséder un microbiome.

« On sait très peu de choses sur les choanoflagellés, et il existe des phénomènes biologiques intéressants que nous ne pouvons comprendre que si nous comprenons leur écologie », a déclaré Nicole King, professeur de biologie moléculaire et cellulaire à l’UC Berkeley et chercheuse au Howard Hughes Medical Institute (HHMI) qui étudie les choanoflagellés comme modèle de ce à quoi ressemblait la vie primitive dans les anciens océans.

Généralement visibles uniquement au microscope, les choanoflagellés sont souvent ignorés par les biologistes aquatiques, qui se concentrent plutôt sur les animaux macroscopiques, les algues photosynthétiques ou les bactéries. Pourtant, leur biologie et leur mode de vie peuvent donner un aperçu des créatures qui existaient dans les océans avant l’évolution des animaux et qui ont finalement donné naissance aux animaux. Cette espèce en particulier pourrait faire la lumière sur l’origine des interactions entre animaux et bactéries qui ont conduit au microbiome humain.

« Les animaux ont évolué dans des océans remplis de bactéries », explique King. « Si l’on considère l’arbre de la vie, tous les organismes vivants aujourd’hui sont liés les uns aux autres par le biais de l’évolution. Ainsi, si nous étudions les organismes vivants aujourd’hui, nous pouvons reconstituer ce qui s’est passé dans le passé. »

King et ses collègues de l’Université de Californie à Berkeley ont décrit l’organisme, qu’ils ont nommé Barroeca monosierra, d’après le lac, dans un article publié le 14 août dans la revue mBio.

Une belle colonie

Il y a près de 10 ans, Daniel Richter, alors étudiant diplômé de l’Université de Californie à Berkeley, est revenu d’une randonnée d’escalade dans l’est de la Sierra Nevada avec une fiole d’eau du lac Mono qu’il avait recueillie au hasard en chemin. Sous le microscope, elle regorgeait de choanoflagellés. Hormis les crevettes de saumure, les mouches alcalines et diverses espèces de nématodes, peu d’autres formes de vie ont été signalées dans les eaux inhospitalières du lac.

« Il y avait plein de ces grandes et belles colonies de choanoflagellés », a déclaré King. « Je veux dire, c’étaient les plus grandes que nous ayons jamais vues. »

Les colonies de ce qui semblait être près de 100 cellules choanoflagellées identiques formaient une sphère creuse qui tournait et tournait tandis que chaque cellule individuelle donnait un coup de pied à ses flagelles.

« L’une des caractéristiques intéressantes de ces colonies est qu’elles ont une forme similaire à celle de la blastula, une boule creuse de cellules qui se forme au début du développement animal », a déclaré King. « Nous voulions en savoir plus à ce sujet. »

À l’époque, King s’occupait d’autres espèces de choanos, comme elle les appelle, et les choanos du lac Mono ont donc langui dans le congélateur jusqu’à ce que des étudiants les raniment et les colorent pour observer leurs chromosomes inhabituels en forme de beignet. Étonnamment, il y avait aussi de l’ADN à l’intérieur de la colonie creuse là où il n’aurait dû y avoir aucune cellule. Après une enquête plus approfondie, l’étudiante diplômée Kayley Hake a déterminé qu’il s’agissait de bactéries.

« Les bactéries ont été une énorme surprise. C’était tout simplement fascinant », a déclaré King.

Le merlu a également détecté des structures conjonctives, appelées matrice extracellulaire, à l’intérieur de la colonie sphérique qui étaient sécrétées par les choanos.

C’est seulement alors qu’il est venu à l’esprit de Hake et King qu’il ne s’agissait peut-être pas des restes de bactéries mangées par les choanos, mais de bactéries vivant et broutant des substances sécrétées par la colonie.

« Personne n’avait jamais décrit un choanoflagellé ayant une interaction physique stable avec les bactéries », a-t-elle déclaré. « Dans nos études précédentes, nous avons constaté que les choanos réagissaient à de petites molécules bactériennes qui flottaient dans l’eau, ou que les choanos mangeaient les bactéries, mais il n’y avait aucun cas où ils faisaient quoi que ce soit qui pourrait potentiellement être une symbiose. Ou dans ce cas, un microbiome. »

King s’est associé à Jill Banfield, pionnière de la métagénomique et professeure de sciences environnementales, de politique et de gestion et de sciences de la Terre et des planètes à l’Université de Californie à Berkeley, pour déterminer quelles espèces bactériennes se trouvaient dans l’eau et à l’intérieur des choanos. La métagénomique consiste à séquencer tout l’ADN d’un échantillon environnemental pour reconstituer les génomes des organismes qui y vivent.

Après que le laboratoire de Banfield a identifié les microbes dans l’eau du lac Mono, Hake a créé des sondes ADN pour déterminer lesquels se trouvaient également à l’intérieur des choanos. Les populations bactériennes n’étaient pas identiques, a déclaré King, donc de toute évidence certaines bactéries survivent mieux que d’autres à l’intérieur de la lumière privée d’oxygène de la colonie de choanoflagellés. Hake a déterminé qu’elles n’étaient pas là par accident ; elles se développaient et se divisaient. Peut-être fuyaient-elles l’environnement toxique du lac, a réfléchi King, ou peut-être que les choanos élevaient les bactéries pour les manger.

Elle admet que tout ceci n’est que spéculation. De futures expériences devraient permettre de découvrir comment les bactéries interagissent avec les choanoflagellés. Des travaux antérieurs dans son laboratoire ont déjà montré que les bactéries agissent comme un aphrodisiaque pour stimuler l’accouplement chez les choanoflagellés, et que les bactéries peuvent stimuler les choanos unicellulaires pour qu’ils s’agrègent en colonies.

Pour elle, les choanoflagellés du lac Mono deviendront un autre système modèle pour étudier l’évolution, tout comme les choanos qui vivent dans les bassins d’eau de l’île de Curaçao dans les Caraïbes – son principal centre d’intérêt pour le moment – ​​et les choanos des bassins des pôles Nord et Sud. Il pourrait toutefois être difficile d’obtenir davantage d’échantillons du lac Mono. Lors d’une visite récente, seuls six des 100 échantillons contenaient ces micro-organismes énergétiques.

« Je pense qu’il reste encore beaucoup à faire sur la vie microbienne du lac Mono, car elle est à la base de tout le reste de l’écosystème », a déclaré King. « Je suis enthousiasmé par B. monosierra en tant que nouveau modèle pour étudier les interactions entre les eucaryotes et les bactéries. Et j’espère qu’il nous apprendra quelque chose sur l’évolution. Mais même si ce n’est pas le cas, je pense que c’est un phénomène fascinant. »

Outre King, Banfield, Hake et Richter, les co-auteurs de l’article de l’UC Berkeley incluent l’ancien doctorant Patrick West, le microscopiste électronique Kent McDonald et les chercheurs postdoctoraux Josean Reyes-Rivera et Alain Garcia De Las Bayonas.