Limace de Mer : cas unique d'Animal doué de Photosynthèse

Comprise depuis le milieu du XIXè siècle, la photosynthèse permet aux plantes de se nourrir en utilisant énergie lumineuse, gaz carbonique et eau. De très rares animaux sont capables de détourner ce mécanisme à leur profit, mais ce n'est que temporaire. Seule la limace de mer Elysia chlorotica va plus loin : elle mange une fois, puis n'a besoin que de soleil pour vivre. On sait désormais pourquoi.

Imaginez si, comme les plantes, nous pouvions vivre de lumière et d'eau fraîche. Un petit creux, rien à manger sous la main ? Pas de problème ! Il nous suffirait d'offrir notre corps aux rayons du soleil pour nous alimenter et faire bombance. Par quel miracle ? Tout simplement grâce à la photosynthèse, ce processus qui permet aux végétaux d'utiliser l'énergie lumineuse afin de synthétiser, à partir, d'eau (H2O) et de dioxyde de carbone puisé dans l'air (CO2), les matières organiques nécessaires à leur survie. Si l'homme était doué de photosynthèse, les choses seraient infiniment plus simples : un verre d'eau, une inspiration, un peu d'exposition à la lumière et le tour serait joué - l'estomac ne crierait plus famine !
Las, il s'agit ici d'un exploit qui relève du rêve inaccessible pour l'être humain, comme pour l'immense majorité des animaux. De très rares espèces sont certes douées de photosynthèse, mais elles ne réalisent ce prodige que de manière temporaire. A une exception près une étonnante limace de mer en est capable... durablement ! Et une équipe de chercheurs américains vient juste de découvrir par quel mécanisme : elle dérobe à une algue qu'elle ingère tout le matériel dont elle a besoin, gènes compris !

UN MOLLUSQUE À CHLOROPHYLLE

Elysia chlorotica est un mollusque de la classe des sacoglosses vivant le long de la côte atlantique nord-américaine, du Canada jusqu'à la Floride. Pour la repérer dans son milieu - la zone de battement des marées -, il faut s'armer de patience. Elle est en effet minuscule : sa taille adulte varie entre 1 et 3 centimètres de long. Surtout, Elysia chlorotica ressemble comme deux gouttes d'eau à une feuille. Dénué de coquille, son corps arbore un vert émeraude identique à celui des algues parmi lesquelles il se camoufle à la perfection. La limace doit cette magnifique couleur, peu commune dans le règne animal, à la présence dans son organisme de multiples chloroplastes, ces usines photosynthétiques pleines de chlorophylle (pigments verts) que l'on retrouve habituellement chez... les végétaux !
A leur naissance pourtant, les jeunes limaces affichent plutôt un brun translucide, étoilé de points rouges. Puis elles dévorent l'algue dont elles sont friandes, Vaucheria litorea, et leur corps change de couleur, virant progressivement au vert intense qu'elles garderont toute leur vie. Parallèlement, un phénomène plus surprenant se produit : une fois ce repas terminé, elles peuvent rester plusieurs semaines, voire plusieurs mois, sans manger de nouveau ! Que se passe-t-il donc ? En fait, Elysia chlorotica parvient non seulement à stocker les chloroplastes de l'algue qu'elle ingère, mais également à s'en servir pour se nourrir par la suite. Elle n'en fait pas provision en vue d'éventuels temps difficiles : non, en réalité, les chloroplastes du végétal poursuivent leur photosynthèse à l'intérieur même de l'organisme du mollusque, qui bien sûr en profite.
L'opération peut paraître simple, elle ne manque pas toutefois d'interroger les scientifiques qui l'ont mise en évidence depuis les années 1960. "Les chloroplastes sont des organites très fragiles, souligne Mary Rumpho, professeur de biochimie à l'université du Maine (Etats-Unis) et spécialiste d'Elysia chlorotica. Comment font-ils alors pour résister aux sucs digestifs de la limace ? Encore aujourd'hui, cela demeure un mystère". Lorsqu'un végétal est avalé par l'homme, par exemple, ses cellules sont réduites en morceaux par les enzymes du système digestif. Et cette décomposition n'épargne en aucune manière les chloroplastes ! Pour cette raison, nous pouvons bien manger autant de salades ou d'algues que nous voulons, nous ne sommes pas prêts de devenir photosynthétiques... Elysia chlorotica a donc l'incroyable faculté de récupérer ces organites sans les endommager. Les chloroplastes qui survivent à la digestion s'accumulent dans l'intestin particulièrement ramifié du mollusque et voyagent, via ces mêmes ramifications, jusque sous l'épiderme de l'animal. Là, ils captent la lumière et fabriquent des matières carbonées. La limace les absorbe et n'a plus besoin de se réapprovisionner ! Elle doit juste veiller au bon fonctionnement de ces mini-usines photosynthétiques en leur fournissant suffisamment de soleil.
Son corps, d'ailleurs, s'est visiblement adapté à cette exigence. Deux appendices en forme d'ailes, des parapodes, le prolongent de chaque côté. Lorsqu'ils sont repliés, Elysia chlorotica ressemble à une limace verte : un corps longiligne ponctué seulement, à une extrémité, de deux antennes. Lorsque les parapodes sont ouverts, tel un panneau solaire déployé, la limace présente un corps plat similaire à une feuille, où ses vaisseaux dorsaux feraient office de nervures ! La comparaison avec une plante ne s'arrête pas là : si elle reste trop longtemps à l'obscurité, la limace fane, passe du vert au brun, s'étiole et meurt finalement.
Bien que remarquable, ce comportement d'Elysia chlorotica n'est pourtant pas exceptionnel. Plusieurs animaux ont également l'habitude de "voler" des chloroplastes à des organismes photosynthétiques, on parle alors de kleptoplastie (du grec kleptein, "voler"). Citons notamment d'autres limaces de mer sacoglosses, telle Elysia viridis (<-), que l'on rencontre sur le littoral atlantique français, ou encore certains dinoflagellés, des organismes unicellulaires microscopiques constituant le plancton marin. Seulement voilà : Elysia chlorotica, elle, va beaucoup plus loin que tous les autres.

UN SEUL REPAS SUFFIT POUR VIVRE

En laboratoire, Mary Rumpho a remarqué que la limace pouvait très bien se contenter d'un seul et unique repas au cours de son existence. Dès son premier festin d'algues achevé, le mollusque fait le plein de chloroplastes et peut tenir ainsi jusqu'à la fin de ses jours ! Certes, la durée de vie d'Elysia chlorotica n'est pas extraordinairement longue (de l'ordre de 9 à 10 mois), mais elle l'est pour un chloroplaste. Telle une batterie solaire, ce dernier a en effet besoin d'être régulièrement rechargé : sans protéines nécessaires à son fonctionnement, il s'épuise au bout de quelques jours, quelques mois tout au plus. Les adeptes de la kleptoplastie renouvellent alors leur stock de chloroplastes en avalant de nouveaux organismes photosynthétiques. Pas Elysia chlorotica. Comment fait-elle pour maintenir ses chloroplastes en activité, loin de l'algue qui les hébergeait et leur procurait ces protéines spécifiques ? C'est la question à laquelle vient de répondre l'équipe de Mary Rumpho. Après examen du génome d'Elysia chlorotica, elle a retrouvé chez l'animal le gène psbO, un gène bien connu pour coder une protéine indispensable à la photosynthèse et identique à celui de l'algue Vaucheria litorea. Le mollusque ne s'est donc pas contenté de voler au végétal ses chloroplastes, il lui a également pris au moins un de ses gènes pour les faire fonctionner !
Dans la nature, ce cas de transfert horizontal de gènes - par opposition au transfert vertical qui, lui, s'effectue d'une génération à l'autre - est très rare entre deux espèces différentes. "Nous ne savons pas encore comment c'est possible", avoue Mary Rumpho, qui formule uniquement des hypothèses.

UN ANIMAL EN MUTATION ?

Au cours de la digestion, un morceau d'ADN s'est peut-être retrouvé par hasard dans la cellule de la limace ; ou bien s'est-il peut-être intégré au génome via un virus. Ce n'est pas tout : on n'avait encore jamais vu de gène ainsi transféré, puis exprimé par l'hôte ! Elysia chlorotica n'a donc pas fini de questionner lacommunauté scientifique, qui va tenter désormais de décrypter ces deux mécanismes génétiques fondamentaux.
Aujourd'hui encore, la limace solaire demeure un animal. Elle sait transmettre ce fameux gène psbO à sa descendance - il a été retrouvé dans un œuf -, mais pas ses chloroplastes : la jeune limace est obligée de s'alimenter au moins une fois sous peine de mourir de faim. Si un jour Elysia chlorotica devenait photosynthétique à part entière, sans avoir besoin de voler à d'autres des chloroplastes, elle serait assurément un hybride d'un genre inédit, encore jamais répertorié à ce jour : un être mi-animal mi-végétal. L'homme, qui n'est pas prêt d'en faire autant, ne pourra lui qu'être vert... de jalousie.

DE QUOI MIEUX COMPRENDRE LE SUCCÈS DE LA PHOTOSYNTHÈSE
La photosynthèse est essentielle sur terre : sans elle, pas d'oxygène dans l'atmosphère et impossible d'intégrer le carbone de l'air dans le cycle des molécules de la vie. Or, ce processus métabolique a été inventé il y a plus de deux milliards d'années par des bactéries appelées cyanobactéries ou algues bleues. "Elysia chlorotica nous éclaire sur la façon dont la photosynthèse s'est ensuite transmise au cours de l'évolution, notamment aux végétaux", analyse Charles Boudouresque, du Centre d'océanologie de Marseille. Tout s'est passé en effet comme pour la limace de mer dévoreuse d'algues. Au départ, une cellule eucaryote (dotée d'un noyau) a avalé une algue bleue. Les deux ont vécu un moment en bonne entente, en symbiose : l'algue trouvait refuge dans la cellule qui, en retour, profitait de la photosynthèse de l'algue. Puis la cellule a volé les gènes de l'algue bleue. Cette dernière s'est ainsi transformée en chloroplaste. Devenue photosynthétique, la cellule s'est fait manger à son tour, et ainsi de suite. De cette théorie sur l'origine des chloroplastes, largement partagée au sein de la communauté scientifique, on ne pouvait jusqu'alors que noter le résultat : la présence, chez les végétaux, de chloroplastes au génome identique à celui des cyanobactéries. Tout change désormais : "Avec Elysia chlorotica, on assiste pour la première fois, entre le monde végétal et le monde animal, à un transfert horizontal de gènes en cours", affirme Paul Klosen, de l'université de Strasbourg.

R.B. - SCIENCE & VIE > Mars > 2009
 

   
 C.S. - Maréva Inc. © 2000 
 charlyjo@laposte.net