On a longtemps pensé que la variabilité au sein d'une population était la clé de la croissance et de la survie de la population, mais de nouvelles recherches remettent en question cette hypothèse.

Ariel Amir, Professeur assistant en mathématiques appliquées à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, et Jie Lin, le boursier postdoctoral George Carrier en mathématiques appliquées, constaté que dans un environnement immuable, la variabilité peut en fait réduire la croissance de la population chez les organismes unicellulaires.

"Depuis des décennies, les chercheurs ont examiné le mauvais indicateur pour comprendre le taux de croissance de la population d'organismes unicellulaires dans des environnements fixes, " a déclaré Amir. " Les chercheurs ont pris pour acquis que la variabilité du temps entre la naissance et la division d'une cellule était la clé pour mesurer le taux de croissance de la population, mais nous avons constaté que les pressions évolutives sur la variabilité au sein d'une population sont beaucoup plus nuancées qu'on ne le pensait auparavant. "

Cette idée est importante pour caractériser l'aptitude d'une population, ce qui est utile, par exemple, pour comprendre comment les bactéries réagissent aux antibiotiques. La recherche est publiée dans Systèmes cellulaires .

La variabilité des organismes unicellulaires est caractérisée par des différences dans le temps de génération - le temps écoulé entre la naissance et la division - et des différences dans le taux de croissance de la biomasse cellulaire. Des recherches fondatrices dans les années 1950 ont révélé que les variations du temps de génération - le temps qu'il faut de la naissance à la division - conduisent à un taux de croissance démographique plus élevé lorsque l'environnement ne change pas. Cependant, les chercheurs avaient supposé que le temps de génération était aléatoire et indépendant de la cellule mère à la cellule fille.

Mais nous savons maintenant que ce n'est pas le cas. En 2014 et 2015, Amir et son équipe ont démontré que le volume cellulaire et le temps d'interdivision sont corrélés à travers les générations, et quantifié ces corrélations. Si une cellule mère croît plus longtemps que la moyenne, par exemple, alors une cellule fille devrait croître pendant un temps plus court que la moyenne pour compenser.

"Peu importe la taille de ces corrélations, ils modifient profondément le résultat de la façon dont la variabilité modifie la croissance de la population, " dit Lin.

Lin et Amir ont découvert que la variabilité du taux de croissance de la biomasse unicellulaire, et non le temps de génération, a un impact sur la taille de la population. Par conséquent, la faible variabilité du taux de croissance cellulaire entraîne une augmentation de la croissance de la population.

« Évolutivement, si vous souhaitez optimiser votre taux de croissance démographique, vous voulez minimiser la variabilité de votre taux de croissance cellulaire, " a déclaré Amir. "Nous avons constaté que les fluctuations du temps de génération n'ont pas d'importance. Vous pouvez avoir des divisions qui varient énormément. Tant que votre biomasse augmente toujours au même rythme, votre population continuera de croître au même rythme. De la même manière, les détails du mécanisme contrôlant la taille des cellules n'ont pas d'importance - tant qu'il existe - ce qui fait la différence entre notre analyse et les travaux précédents."

Cela peut également être observé expérimentalement. Les chercheurs ont observé que les fluctuations du taux de croissance d'E. coli sont inférieures aux fluctuations du temps de génération - dans certains cas, 6 % de variabilité du taux de croissance par rapport à une variabilité de 20 à 30 % du temps de génération - et que le taux de croissance de la population était conforme aux prévisions théoriques. .

« Cela montre que le contrôle de la taille des cellules doit être pris en compte dans la croissance de la population et ces corrélations subtiles qui a priori pourraient sembler inoffensives sont en fait très importantes, " dit Émir.