Dans une version très simplifiée de la chaîne alimentaire présente dans les lacs, les microalgues sont consommées par les puces d’eau appelées Daphnies, qui sont à leur tour consommées par les poissons. Mais les choses se compliquent très rapidement si elles sont observées plus en détail. Les algues libèrent des toxines pour se défendre et forment de longues chaînes pour échapper aux prédateurs (Van Donk et al., 2011), tandis que les daphnies peuvent changer de forme ou se déplacer pour éviter d’être mangées par les poissons.
Une façon pour les Daphnies et les autres membres du zooplancton d’éviter les prédateurs est de se déplacer à différentes profondeurs du lac selon l’heure de la journée, une stratégie connue sous le nom de migration verticale diel. Si l’eau environnante contient des poissons, les daphnies se déplacent vers des régions plus sombres et plus profondes pendant la journée, de sorte que les poissons ne peuvent pas les voir (Figure 1), et se déplacent vers les couches supérieures de la colonne d’eau – où vivent les microalgues – la nuit. S’il n’y a pas beaucoup de poissons dans les environs, les daphnies restent également près de la surface pendant la journée (Lampert, 1989).
Les puces d’eau Daphniques changent de comportement si des poissons sont présents.
Gauche: Pendant la journée, les daphnies migrent vers des régions plus profondes et plus sombres du lac si elles détectent des signaux chimiques appelés kairomones (non représentés) qui sont libérés par les poissons. Milieu: La nuit, lorsque les poissons ne peuvent pas les voir, les daphnies se déplacent vers l’eau près de la surface pour manger les microalgues (cercles verts) qui y sont abondantes. À droite: Lorsqu’aucun poisson n’est présent, il n’y a pas de kairomones à détecter et les daphnies restent près de la surface jour et nuit.
Les espèces proies doivent équilibrer soigneusement leurs ressources. Éviter inutilement les prédateurs coûte de l’énergie et peut restreindre l’accès à la nourriture – les microalgues consommées par les Daphnies ne vivent pas dans les profondeurs sombres du lac – mais rencontrer accidentellement un prédateur peut être fatal. En conséquence, certaines espèces se sont adaptées pour détecter les produits chimiques libérés par les prédateurs. L’identification de plusieurs de ces substances chimiques, appelées kairomones, a ouvert de nouveaux domaines de recherche en écologie aquatique, en conservation et en aquaculture (Yasumoto et al., 2005; Selander et coll., 2015; Weiss et coll., 2018).
La recherche de la kairomone qui induit la migration verticale de diel, également connue sous le nom de « facteur poisson », se poursuit depuis des décennies, avec des échecs spectaculaires et des erreurs d’interprétation en cours (voir Pohnert et von Elert, 2000 pour une discussion). De nombreux obstacles ont compliqué la recherche: le facteur poisson se produit à de faibles concentrations dans l’eau du lac, et les essais biologiques qui pourraient l’identifier sont problématiques car il est difficile de surveiller le mouvement vertical des daphnies en laboratoire. Maintenant, dans eLife, Meike Hahn, Christoph Effertz, Laurent Bigler et Eric von Elert rapportent l’identité de cette kairomone (Hahn et al., 2019).
Hahn et al. – qui sont basés à l’Université de Cologne et à l’Université de Zurich – a utilisé une méthode de fractionnement guidée par essai biologique pour identifier le facteur fish. Une technique appelée Chromatographie liquide à haute performance a permis de séparer l’eau dans laquelle des poissons avaient été incubés auparavant en « fractions » contenant chacune un sous-ensemble de produits chimiques. L’examen de l’effet de chaque fraction sur le comportement de migration des Daphnies en a révélé une qui induisait une migration verticale diel même si les poissons n’étaient pas présents. Hahn et coll. identifié le produit chimique actif comme sulfate de 5α-cyprinol. Seules les concentrations picomolaires de ce composé se trouvent dans l’eau habitée par des poissons, mais même ces faibles concentrations sont suffisantes pour modifier le comportement de migration des Daphnies.
Étant donné que la libération de kairomones désavantage les espèces prédatrices, une espèce proie ne peut compter sur elles que si le prédateur ne peut arrêter la production de la molécule. C’est le cas du sulfate de 5α-cyprinol, qui est un acide biliaire qui joue un rôle essentiel dans la digestion des graisses alimentaires (Hofmann et al., 2010). Les poissons libèrent du sulfate de 5α-cyprinol de leur intestin, de leurs branchies et des voies urinaires. Comme cette molécule est également stable dans l’eau, elle indique de manière fiable la présence de poissons à la Daphnie.
Outre les nombreuses implications pour la recherche fondamentale, la découverte que seules des quantités picomolaires d’un composé peuvent déclencher des réponses comportementales généralisées dans un lac soulève également des préoccupations écotoxicologiques. Alors que nous surveillons nos eaux à la recherche de métabolites qui causent une toxicité immédiate, nous ignorons complètement le fait que des doses non toxiques de produits chimiques de signalisation aussi puissants peuvent également avoir un effet substantiel sur un écosystème. Cela nécessite une nouvelle évaluation des procédures courantes utilisées dans la surveillance de l’environnement.
Les kairomones ne sont pas les seuls signaux chimiques utilisés par les espèces qui habitent les lacs. Les phéromones (Frenkel et al., 2014), les métabolites de défense et les molécules qui aident les espèces à se surpasser contribuent également aux mécanismes de signalisation complexes des écosystèmes aquatiques (Berry et al., 2008). Nous pouvons conclure que ces environnements sont vraiment façonnés par un paysage chimique diversifié, un langage de la vie que nous commençons à peine à comprendre.
