Les bactéries du sol doivent pouvoir s'adapter à des conditions environnementales variables. – Mais une nouvelle étude menée par des chercheurs de LMU indique qu'une adaptation rapide peut être contre-productive, tandis qu'un ajustement tardif facilite la coexistence de différentes espèces.

Un seul gramme de terre peut en contenir jusqu'à 10, 000 espèces différentes de bactéries. Comment un degré aussi extraordinaire de biodiversité peut-il être maintenu au sein de populations composées d'espèces avec des niveaux de fitness très variables est une question centrale en écologie. Lorsque des mélanges de bactéries du sol sont cultivés dans des conditions définies en laboratoire, la souche ou l'espèce ayant le taux de croissance le plus élevé finira par dominer la population et toutes les autres mourront. Le physicien du LMU, le professeur Erwin Frey, et sa collègue, le Dr Marianne Bauer, ont maintenant demandé pourquoi cela ne se produit pas dans des conditions naturelles dans le sol. Les résultats de leur étude, qui paraît dans le journal Lettres d'examen physique , montrent qu'une adaptation tardive aux changements des paramètres écologiques peut conduire à la coexistence stable d'espèces diverses.

Le sol est un habitat extrêmement complexe, non seulement biologiquement, mais aussi d'un point de vue structurel - il se caractérise par des systèmes labyrinthiques de pores interconnectés. Selon sa teneur en eau, ce réseau de pores permet la distribution des nutriments et permet aux bactéries d'entrer en contact avec les populations voisines. « Nous étions intéressés de savoir si la variabilité spatiale caractéristique de cet habitat a un impact sur la stabilité des populations bactériennes, " dit Marianne Bauer. Pour trouver la réponse, Bauer et Frey ont considéré un système simple composé de deux espèces mobiles qui diffèrent par certains traits, et utilisé des simulations mathématiques pour modéliser les changements dans la composition de la population en réponse aux fluctuations de la composition de l'environnement. Dans leur modèle, l'une des espèces synthétise et sécrète en permanence une substance diffusible favorisant la croissance, ce qui a un effet bénéfique sur l'ensemble de la population. Cependant, car la biogenèse du composé entraîne un coût énergétique, le taux de croissance des cellules productrices est inférieur à celui des autres espèces. Dans des conditions de laboratoire, une telle combinaison de traits entraînerait la concurrence des espèces à croissance lente et leur extinction.

Cependant, le modèle incorpore une autre caractéristique :les auteurs supposent que les membres des deux espèces sont incapables de répondre rapidement aux fluctuations soudaines des conditions environnementales. Ainsi, ils continuent de croître au même rythme qu'avant pendant un certain temps après être entrés dans une zone dans laquelle la valeur du pH ou l'apport en nutriments diffère de celui qui prévalait dans leur niche précédente. Les simulations basées sur ce modèle indiquent que le retard d'adaptation aux nouvelles conditions a un effet positif sur l'ensemble de la population, et permet en fait la coexistence à long terme des deux espèces. Comme les taux de croissance des deux espèces dépendent de la disponibilité du facteur de croissance, une sous-population locale qui contient de nombreuses cellules productrices à croissance lente se développera à un rythme plus rapide qu'une autre dans laquelle il y a beaucoup moins de producteurs - et en conséquence des niveaux inférieurs du facteur de croissance. « Et parce que les pores du système pédologique permettent les échanges entre les populations, les membres d'espèces avec des taux de croissance très différents peuvent se produire ensemble dans le même pore, qui permet à la fois de survivre indéfiniment, ", explique Bauer. "Cela fonctionne pour un large spectre de systèmes de pores et pour des différences étonnamment importantes dans les taux de croissance entre les deux espèces."

Selon les auteurs, le fait qu'une coexistence stable des deux espèces soit possible sur un large éventail d'espaces paramétriques suggère que l'ajustement tardif aux changements des conditions de vie joue un rôle important dans le maintien de la biodiversité. « Cela implique que les expérimentations qui prennent en compte la structure spatiale des niches écologiques offrent une approche prometteuse pour l'exploration de la biodiversité dans des systèmes réalistes, " dit Frey.