Stratégies de reproduction K et r

Stratégies de reproduction K et r

Dans les équations décrivant la croissance des populations d’organismes, r représente la pente de la droite représentant la croissance exponentielle. La lettre K représente la capacité de charge d’un habitat pour les membres d’une sorte donnée d’organisme. Les termes sélection r et sélection K ont également été utilisés par les écologistes pour décrire les stratégies de croissance et de reproduction de divers organismes.

Autorisations

Brian G. Murakami, Center for Biofilm Engineering, Montana State University, Bozeman

Figure 3. Courbe de croissance bactérienne représentant les stratégies de reproduction r et K.

Ces organismes décrits comme des stratèges r vivent généralement dans des environnements instables et imprévisibles. Ici, la capacité à se reproduire rapidement (de manière exponentielle) est importante. Ces organismes ont une fécondité élevée (glossaire) et investissent relativement peu dans un individu de la descendance, ils sont généralement faibles et soumis à la prédation et aux vicissitudes de leur environnement. L' »intention stratégique » est d’inonder l’habitat de progéniture afin que, indépendamment de la prédation ou de la mortalité, au moins une partie de la progéniture survive pour se reproduire. Les organismes qui font l’objet d’une sélection r ont une durée de vie courte, sont généralement petits, arrivent rapidement à maturité et gaspillent beaucoup d’énergie. Des exemples typiques de r-stratèges sont

• saumon
• coraux
• insectes
• bactéries

Les r-stratèges, en revanche, occupent des environnements plus stables. Ils sont de plus grande taille et ont une espérance de vie plus longue. Ils sont plus forts ou mieux protégés et sont généralement plus économes en énergie. Ils produisent, au cours de leur vie, moins de progénitures, mais investissent davantage dans chacune d’elles. Their reproductive strategy is to grow slowly, live close to the carrying capacity of their habitat and produce a few progeny each with a high probability of survival. Typical K-selected organisms are elephants, and humans. The table below summarizes some of the differences between r-organisms and K-organisms.

It is not surprising that many organisms cannot be categorized neatly into this r vs. K scheme. De nombreux organismes adoptent une stratégie intermédiaire ou même des stratégies différentes en fonction des conditions locales à un moment donné. En fait, un organisme capable d’alterner entre une stratégie r et une stratégie K pourrait bien être l’organisme le mieux adapté de tous, car sa capacité d’adaptation permet de survivre dans un plus large éventail de conditions.

On peut avancer que les biofilms ont accompli cet acte d’équilibre par l’adoption de mécanismes qui permettent l’alternance entre les styles de vie du biofilm et des cellules planctoniques. Les biofilms sont grands (par rapport aux cellules planctoniques) et se développent lentement sur des jours ou des semaines, plutôt que sur des minutes. Leur taux métabolique ressemble plus à celui des cellules stationnaires qu’à celui des cellules en phase exponentielle. Les biofilms ne sont pas seulement résistants ; ils peuvent modifier leur environnement local par la production d’une matrice d’EPS, qui augmente leur résistance à la prédation et aux attaques chimiques. Leur mode de reproduction typique est la fragmentation ou l’érosion, au cours de laquelle de grands fragments se séparent de la masse du biofilm et peuvent former des colonies secondaires en aval avec une chance de survie relativement élevée (une fois encore par rapport aux cellules planctoniques). Les biofilms, en particulier les biofilms à espèces multiples, sont efficaces du point de vue énergétique car le produit métabolique d’un organisme, qui pourrait facilement s’accumuler jusqu’à atteindre des niveaux inhibiteurs, peut devenir le substrat d’un autre organisme. Ainsi, le premier organisme bénéficie de l’élimination d’un déchet métabolique et le second bénéficie de l’apport d’un nutriment essentiel. Ainsi, à presque tous les points, les cellules bactériennes incorporées dans les biofilms semblent se comporter comme des stratèges K (voir figure 4).

Autorisations

P. Dirckx, Centre d’ingénierie des biofilms, Université d’État du Montana, Bozeman

Figure 4. Formation de nouvelles colonies de biofilms par détachement.

Davies et ses collègues ont montré que lorsque les biofilms de Pseudomonas aeruginosa subissent un afflux de nutriments contenant du carbone (par exemple, le succinate, le glutimate ou le glucose), ils répondent en induisant certaines cellules avec dans la matrice du biofilm à entrer dans un mode dispersif. Ces cellules régulent à la baisse les gènes des pilus et à la hausse les gènes des protéines des flagelles, adoptant ce que les chercheurs appellent un phénotype de dispersion. Finalement, les cellules entourant le biofilm se lysent, libérant les cellules planctoniques mobiles nouvellement formées. Ces cellules sont, bien sûr, r-sélectionnées en ce sens qu’elles se reproduisent de manière exponentielle au taux maximal autorisé par l’environnement. La probabilité qu’une cellule trouve une surface appropriée sur laquelle se fixer et former un autre biofilm est faible, mais leur nombre est énorme. Davies et al. écrivent que ce mode de dispersion n’est pas un phénomène tout ou rien, mais qu’il peut plutôt se produire à un faible niveau à n’importe quel moment de la formation du biofilm.

Dans leur article désormais célèbre, Biofilm : City of Microbes, Watnick et Kolter ont qualifié les biofilms de « villes microbiennes » et les cellules planctoniques de « pionniers » ou d' »explorateurs » dont la fonction principale est la « translocation d’une surface à une autre ». Les études protéomiques suggèrent que « la formation de biofilms par rapport à la dispersion et à la motilité des cellules représente souvent les côtés opposés de la pièce de monnaie réglementaire » (Romeo, 2006).