L’endosymbiose est une relation mutuellement bénéfique entre un organisme hôte et un organisme associé interne. Le terme est dérivé du préfixe « endo », qui signifie à l’intérieur, et du mot symbiose, qui fait référence à une relation mutuellement bénéfique entre deux organismes étroitement associés. Un autre terme pour symbiose est le mutualisme, qui met en évidence le fait que les deux organismes bénéficient de la relation.
Exemples d’endosymbiose
Un exemple bien connu d’endosymbiose est la relation entre un termite et les microorganismes de son intestin. Le termite consomme du bois, mais il ne peut pas le digérer sans l’aide de protozoaires dans l’intestin du termite qui décomposent la cellulose sous une forme que le termite peut métaboliser. Ainsi, le termite fournit de la nourriture au protozoaire, et le protozoaire fournit de la nourriture au termite. Dans cet exemple, le protozoaire est l’endosymbionte, ou l’organisme interne dans la relation endosymbiotique.
Il existe une variété de niveaux de dépendance entre les deux associés, y compris à un extrême une relation entièrement volontaire dans laquelle chaque partenaire peut survivre seul, et à l’autre extrême une situation où les deux sont entièrement dépendants de l’autre. De plus, l’endosymbionte peut se trouver à différents endroits de l’organisme hôte, de l’intérieur d’une cavité corporelle telle que l’intestin à l’intérieur de cellules individuelles. L’endosymbiose joue également un rôle dans l’évolution, affectant la structure, le comportement et l’histoire de vie des organismes associés.
Bien qu’il existe différents niveaux de dépendance entre les deux organismes dans une relation endosymbiotique, il est presque toujours avantageux que les deux restent ensemble. Un exemple qui le démontre est le mutualisme entre les coraux et leurs algues endosymbiotiques. Les types d’algues impliquées ici sont appelés dinoflagellés, et ils sont spécialisés pour la photosynthèse ou l’utilisation d’aliments biologiques comme source d’énergie. Cependant, certains nutriments ne sont pas facilement disponibles dans l’océan, il est donc bénéfique pour les dinoflagellètes de vivre dans les coraux, où les nutriments sont disponibles. De même, les coraux peuvent recueillir du carbone organique dissous dans l’eau ou des proies, mais il est beaucoup plus facile et plus rapide de les recueillir à partir de l’activité photosynthétique des endosymbiontes dinoflagellés. Un effet secondaire de la photosynthèse est que le carbonate de calcium est précipité de l’eau qui forme les structures coralliennes des récifs coralliens.
Ces deux organismes ont été cultivés indépendamment en laboratoire pour montrer l’étendue de leur interdépendance. Dans ces circonstances, les deux ont considérablement réduit leurs taux de croissance. Parfois, ils cessent même de croître et dépendent des réserves d’énergie. Lorsqu’ils sont autorisés à circuler dans la même eau, mais sans entrer en contact, leur croissance double presque.Une fois mis en contact, la croissance est encore plus grande, ce qui indique que le contact réel peut provoquer une libération et une absorption plus élevées que la normale des produits chimiques qu’ils échangent. Il est donc clair que c’est à l’avantage des deux de rester ensemble.
Certaines anémones de mer avec ces endosymbiontes dinoflagellés ont adapté leur comportement aux besoins de leurs algues. Par exemple, les méduses nageant librement effectueront des migrations verticales vers des couches d’eau riches en ammonium pour les dinoflagellés. Pendant la journée, les anémones de mer sessiles exposent les parties de leur corps où se trouvent les dinoflagellés pour permettre la photosynthèse. La nuit, ils rétractent ces parties et exposent leurs tentacules urticants pour attraper des proies afin de séquestrer la nourriture et de fournir de l’azote à leurs endosymbiontes. Ces exemples de modifications de comportement par l’organisme associé hôte montrent comment les deux organismes ont évolué pour bénéficier l’un à l’autre, et, à leur tour, eux-mêmes.
Emplacements des endosymbiontes
Les endosymbiontes peuvent vivre dans leur organisme associé à divers endroits. Ils peuvent être dans une cavité de l’organisme, dans des cavités et dans des cellules, ou entièrement dans des cellules. Intracellulairement, l’emplacement peut être dans des cellules qui ont des vacuoles spéciales pour l’isolement de l’endosymbionte de l’intérieur de la cellule, ou dans des cellules qui maintiennent l’endosymbionte directement dans le fluide cellulaire.
Les termites et leurs protozoaires intestinaux sont un exemple de l’endosymbiote vivant dans une cavité de l’organisme associé. Un autre exemple courant est la faune dans l’estomac des animaux ruminants, ou des animaux qui régurgitent et récupèrent des particules alimentaires, comme les cerfs, les bovins et les antilopes. Les estomacs des ruminants ont des chambres, dont la première s’appelle le rumen et est spécialement conçue pour maintenir des populations de bactéries et de protozoaires qui décomposent la nourriture de leur hôte par fermentation. Le rumen est alimenté en nourriture et maintenu dans une certaine plage de pH par des glandes salivaires spécialisées. Cela permet à la communauté microbienne de se nourrir d’un substrat et d’un environnement favorable pour le faire. Il y a un grand nombre de microorganismes qui y vivent, y compris des bactéries qui digèrent la cellulose, des protozoaires qui digèrent la cellulose à l’aide de leurs propres endosymbiontes, et d’autres encore qui sont des prédateurs sur ces protozoaires. Une communauté entière d’espèces différentes avec des modes de vie différents y vit.
Un exemple courant de l’endosymbiote vivant dans les cellules de l’hôte est celui des bactéries dans les cellules des insectes. Les cellules des blattes contiennent des bactéries, et les blattes présentent un développement ralenti si les bactéries sont tuées avec des antibiotiques. La croissance de la blatte peut cependant être restaurée avec certains ajouts à son alimentation que les bactéries fournissaient vraisemblablement.
La transmission de ces bactéries d’une blatte à une progéniture est héréditaire, bien que non génétiquement basée, car les bactéries envahissent le cytoplasme de l’œuf. Ensuite, lorsque l’ovule est fécondé et se développe, il a déjà l’endosymbiote que la mère avait.
Un autre exemple de transmission maternelle peut être trouvé chez les animaux ruminants. Chez ces animaux, la mère transmet les microorganismes du rumen à son bébé après sa naissance grâce à sa salive et à la nourriture ruminée, qui contiennent toutes les espèces microbiennes dont le bébé aura besoin dans la vie. Si un bébé ruminant n’est pas autorisé à entrer en contact avec sa mère, il se peut que le bébé ne reçoive jamais les microbes nécessaires pour pouvoir digérer le matériel végétal et qu’il meure.
Évolution endosymbiotique
À partir de comportements tels que la migration des méduses vers différentes couches d’eau, et de structures spéciales telles que le rumen de l’estomac, il est clair que l’endosymbiose implique des interactions complexes et que ces organismes ont évolué ensemble depuis de nombreuses générations afin de développer de telles interactions.
L’exemple le plus ancien et le plus répandu de cette co-évolution endosymbiotique est peut-être à l’origine des cellules eucaryotes. Ils ont évolué à partir de cellules procaryotes, les principales différences étant que les cellules eucaryotes sont plus grandes et plus complexes, contenant un noyau séparé et de nombreux organites (tels que les mitochondries), tandis que les cellules procaryotes sont plus petites avec quelques organites flottant librement dans le liquide cellulaire. Des exemples de procaryotes sont de simples organismes unicellulaires tels que des bactéries. Cependant, la plupart des organismes complexes multicellulaires, des protozoaires aux champignons en passant par les animaux, sont des eucaryotes.
Comment les cellules eucaryotes sont-elles apparues? Bien qu’il n’y ait aucune preuve directe, la théorie la plus plausible est qu’une cellule procaryote précoce, l’ancêtre de la mitochondrie, est entrée dans une autre cellule procaryote, soit comme aliment, soit comme parasite. Au fil du temps, la relation entre les deux est devenue endosymbiotique, la mitochondrie fournissant de l’énergie à l’hôte associé et l’hôte fournissant l’environnement et les nutriments appropriés à la mitochondrie. Ainsi, une cellule avec un organite distinct, ou une cellule eucaryote, a émergé. Cela signifie que chaque cellule de tous les organismes procaryotes a des organites endosymbiotiques.
Plusieurs caractéristiques des mitochondries soutiennent cette théorie largement acceptée d’une évolution endosymbiotique donnant naissance à des cellules eucaryotes:
- La relation mutuellement bénéfique entre la cellule, qui fournit des nutriments et un environnement pour l’organite, et la mitochondrie, qui fournit de l’énergie pour la cellule, est observée dans de nombreux autres systèmes endosymbiotiques, y compris ceux mentionnés ci-dessus.
- Le rôle moderne de la mitochondrie est de fournir de l’énergie sous une forme utilisable pour la cellule.
- La mitochondrie a un génome en son sein qui lui permet de se reproduire et d’être largement indépendante de la cellule et du génome de la cellule, qui réside dans le noyau. Enfin, la mitochondrie ne se divise pas et ne se reproduit pas de la même manière que la cellule hôte. Chez les animaux qui se reproduisent sexuellement, par exemple, les mitochondries de la source morte ne sont pas un mélange des mitochondries des deux parents. Au lieu de cela, ils sont tous hérités de la mère. Ainsi, les mitochondries ne se recombinent pas comme le reste de la cellule lors de la reproduction sexuée. Ils agissent plutôt comme des organismes indépendants, conservant leur identité d’hôte à hôte.
voir aussi Interactions interspécifiques.
Jean K. Krejca
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