Un crabe bleu dans un réservoir dans un laboratoire de recherche à Georgia Tech. Dans le réservoir derrière, de petits crabes de boue se cachent dans des tubes en plastique. Crédit :Georgia Tech / Alex Draper
Psssst, crabes de boue, il est temps de se cacher car les crabes bleus viennent vous manger ! C'est l'avertissement que la proie reçoit de l'urine des prédateurs lorsqu'elle atteint des concentrations élevées de deux produits chimiques, que les chercheurs ont identifié dans une nouvelle étude.
Au-delà du décodage des déclencheurs d'alarme crabe-mange-crabe, localiser ces composés pour la première fois ouvre de nouvelles portes pour comprendre comment les produits chimiques régulent de manière invisible la faune marine. Les enseignements de l'étude menée par des chercheurs du Georgia Institute of Technology pourraient un jour contribuer à une meilleure gestion des pêcheries de crabes et d'huîtres, et aider à préciser quels polluants les dérangent.
Dans les marais côtiers, ces produits chimiques d'alarme urinaire, trigonelline et homarine, aider à réguler l'équilibre écologique de qui mange combien et pas seulement des crabes.
Crabes bleus, qui sont de la taille d'une main et sont robustes et solides, manger les crabes de boue, qui ont à peu près la taille d'un dollar en argent, et à coque mince. Les crabes bleus mangent aussi quelques huîtres, mais les crabes de boue mangent beaucoup plus d'huîtres qu'eux. Quand les crabes bleus s'en prennent aux crabes de boue, les crabes de boue se cachent et restent immobiles, jusqu'à présent, on mange moins d'huîtres que d'habitude.
Les humains font partie de la chaîne alimentaire, trop, manger des huîtres ainsi que des crabes bleus qui bouillent d'un orange vif. Le bleu fait référence à la couleur des marques sur leurs appendices avant qu'ils ne soient cuits. Ainsi, les produits chimiques urinaires du crabe bleu influencent la disponibilité des fruits de mer pour les humains, également.
Secrets de pipi de prédateur
Le fait que l'urine de crabe bleu effraie les crabes de boue était déjà connu. Les crabes de boue se replient et se couvrent lorsqu'ils sont exposés à des échantillons prélevés sur le terrain et en laboratoire, même si les crabes de boue ne voient pas encore les crabes bleus. Produits digestifs, ou métabolites, dans l'urine de crabe bleu déclenche la réaction des crabes de boue, ce qui les fait également cesser de chercher de la nourriture eux-mêmes.
"Les crabes de boue réagissent le plus fortement lorsque les crabes bleus ont déjà mangé d'autres crabes de boue, " a déclaré Julia Kubanek, qui a co-dirigé l'étude avec son collègue professeur de Georgia Tech Marc Weissburg. "Un changement dans l'équilibre chimique dans l'urine de crabe bleu indique aux crabes de boue que les crabes bleus viennent de manger leurs cousins, ", a déclaré Kubanek.
Déterminer les deux produits chimiques spécifiques, trigonelline et homarine, qui a déclenché le système d'alarme, parmi une myriade de molécules candidates, est nouveau et a été une réalisation de recherche difficile.
La chercheuse principale Julia Kubanek charge un échantillon dans un appareil de spectroscopie par résonance magnétique nucléaire. Crédit :Georgia Tech / Christopher Moore
"Je suppose qu'il y a plusieurs centaines de produits chimiques dans l'urine de l'animal, " dit Kubanek, qui est professeur à l'École des sciences biologiques de Georgia Tech, dans son Ecole de Chimie et Biochimie, et qui est également doyen associé pour la recherche au Collège des sciences de Georgia Tech.
Les chercheurs ont appliqué la technologie et la méthodologie de la métabolomique, un domaine relativement nouveau utilisé principalement dans la recherche médicale pour identifier de petites biomolécules produites dans le métabolisme qui pourraient servir de signes avant-coureurs de maladie. Kubanek, Weissbourg, et le premier auteur Remington Poulin ont publié leurs résultats la semaine du 8 janvier, 2017, dans la revue Actes des Académies nationales des sciences .
La recherche a été financée par la National Science Foundation.
Peedle dans une botte de foin
La trigonelline a été étudiée, bien que vaguement, dans certaines maladies, et est connu comme l'un des ingrédients des grains de café qui, lors de la torréfaction, se décompose en d'autres composés qui donnent au café son arôme. Homarine est très similaire à la trigonelline, et, bien qu'apparemment moins étudié, c'est aussi courant.
"Ces produits chimiques se trouvent dans de nombreux endroits, ", a déclaré Kubanek. Mais les extraire de tous ces produits chimiques dans l'urine de crabe bleu pour la première fois, c'était comme trouver deux aiguilles dans une botte de foin.
Souvent, autrefois, les chercheurs qui tentent de réduire ces produits chimiques ont commencé par les séparer dans des procédures de laboratoire ardues, puis les tester un à la fois pour voir si l'un d'entre eux fonctionnait. Il y avait de bonnes chances de ne rien trouver.
Les chercheurs de Georgia Tech se sont attaqués à tous les produits chimiques en même temps, toute la botte de foin, utilisant la spectrométrie de masse et la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire.
"Nous avons passé au crible toute la composition chimique de chaque échantillon à la fois, ", a déclaré Kubanek. "Nous avons analysé de nombreux échantillons pour rechercher des candidats chimiques."
Des crabes de boue se cachant en réaction aux produits chimiques extraits de l'urine de crabe bleu et introduits dans leurs réservoirs dans un laboratoire de Georgia Tech. Crédit :Georgia Tech / Alex Draper
Les crabes sont des « nez qui marchent »
Les chercheurs ont découvert des pics dans une douzaine de métabolites après que les crabes bleus aient mangé des crabes de boue. Ils ont testé ces produits chimiques de pipi qui ont dopé sur les crabes de boue, et la trigonelline et l'homarine les firent s'accroupir distinctement.
"La trigonelline effraie un peu plus les crabes de boue, ", a déclaré Kubanek.
Plus précisement, des concentrations élevées de l'un ou l'autre des deux ont fait l'affaire. "Il est clair qu'il y a eu une réponse dose-dépendante, " dit Weissburg, qui est professeur à la School of Biological Sciences de Georgia Tech. "Les crabes de boue ont évolué pour se concentrer sur cette dose élevée."
"La plupart des crustacés ont le nez qui marche, " Weissburg a déclaré. "Ils détectent des produits chimiques avec des capteurs sur leurs griffes, antennes et même les pattes de marche. Les composés que nous avons isolés sont assez simples, ce qui suggère qu'ils pourraient être facilement détectables à divers endroits sur un crabe. Cette redondance est bonne car elle augmente la probabilité que les crabes de boue comprennent le message et ne soient pas mangés. »
Effets écologiques et halieutiques
L'évolution a préservé les crabes de boue avec la réaction de canard et de couverture aux deux produits chimiques, qui a également influencé l'équilibre écologique, en partie en poussant les crabes bleus à chercher plus de nourriture ailleurs. Mais cela a également influencé d'autres populations animales.
"Ces produits chimiques sont extrêmement importants, " Weissburg a déclaré. " L'odeur d'un crabe bleu affecte potentiellement un grand nombre de crabes de boue, qui arrêtent tous de manger des huîtres, et cela permet de préserver les populations d'huîtres."
Tout cela a également un impact sur les sources de nourriture pour les oiseaux et les mammifères marins :juste par les effets de deux produits chimiques, et il y a tellement plus de signaux chimiques autour. « Il nous est difficile d'apprécier la richesse de ce paysage chimique, ", a déclaré Weissburg.
À mesure que les scientifiques en apprennent davantage, influencer ces systèmes pourrait devenir utile aux écologistes et à l'industrie de la pêche.
"Nous pourrions même être en mesure d'utiliser ces produits chimiques pour contrôler la consommation d'huîtres par les prédateurs afin d'aider à préserver ces habitats, qui sont critiques, ou pour aider les ostréiculteurs. Cela devient important dans les pêcheries géorgiennes, ", a déclaré Weissburg.
Les polluants contenus dans les pesticides et les herbicides sont connus pour interférer avec l'écologie des estuaires. "Il sera beaucoup plus facile de tester sa force en connaissant des produits chimiques écologiques spécifiques, ", a déclaré Weissburg.
Fear-o-mone petites molécules
D'ailleurs, trigonelline et homarine ne sont pas des phéromones.
« Les phéromones sont des molécules de signalisation qui ont une fonction au sein d'une même espèce, aime attirer des copains, " a déclaré Kubanek. " Et les crabes bleus et les crabes de boue ne sont pas la même espèce. "
"Dans ce cas, les crabes de boue ont évolué pour espionner chimiquement le pipi des crabes bleus. Vous pourriez appeler des indices de peur trigonelline et homarine."
L'identification de ces métabolites, aussi appelées petites molécules, et leurs effets est le dernier chapitre de la construction du catalogue des molécules de la vie. "Tout le monde connaît le projet du génome humain, identifier les génomes; puis vinrent les transcriptomes (molécules qui transcrivent les gènes), " a déclaré Kubanek. "Maintenant, nous sommes assez loin avec la protéomique (identification des protéines), mais nous sommes en train de découvrir des métabolomes."
