Evolution de la mort cellulaire en milieu fluctuant

Un changement environnemental rapide peut exposer les organismes vivants à un stress qui réduit les paramètres démographiques composant leur valeur sélective (survie, fécondité), suscitant ainsi un risque d'extinction. La plasticité phénotypique, soit la capacité d’un génotype donné d’exprimer différents phénotypes dans des environnements différents, peut permettre d’éviter l’extinction lorsqu’elle est adaptative, c’est-à-dire qu’elle augmente la valeur sélective moyenne à travers les environnements. A l’inverse, des diminutions de valeur sélective en réponse à l’environnement sont généralement considérées comme de la plasticité mal-adaptative, dues à des réponses passives au stress. Cependant, une mort induite par un stress environnemental et aboutissant à un fort déclin de la population pourrait-elle dans certains cas être une forme de plasticité adaptative ? Et comment la sélection agirait sur un tel trait en environnement fluctuant ? Je me suis intéressée à ces questions chez la microalgue halotolérante Dunaliella salina, où la mort cellulaire programmée a été précédemment démontrée. J’ai d’abord montré que lors d’une hausse de salinité, l’une des souches que nous étudions au laboratoire présente un fort déclin démographique (-69 % en une heure), mais qu’il est suivi par un rebond démographique. Une autre souche génétiquement proche ne présente pas ce déclin initial, mais croît plus lentement dans la seconde phase. Étonnamment, la souche qui décline présente une corrélation positive entre déclin et rebond, d’autant plus prononcée que les conditions sont plus favorables à la croissance (plus grande intensité de lumière, moins de compétition). De plus, le déclin peut être atténué par un inhibiteur de mort programmée, indiquant qu’il ne s’agit pas d’une simple réponse passive au stress. Nous avons par la suite mis en compétition ces deux souches en alternant haute et moyenne salinités pendant 26 semaines. La souche déclinante s’est maintenue jusqu’à la fin de l’expérience avec une fréquence supérieure à 50% à chaque fin de cycle de salinité, malgré son fort déclin à chaque hausse de salinité. J’ai montré que ce maintien s’explique en partie par la compétition proche de la phase stationnaire, qui atténue l’effet des dynamiques initiales déclin-rebond. Enfin, j’ai modélisé 3 mécanismes pouvant expliquer d’une part la dynamique en déclin-rebond, et d’autre part la compétition avec la souche non déclinante : une libération altruiste par les cellules mourantes de ressources utilisables par les cellules restantes ; un compromis entre tolérance à la salinité et reproduction ; et une hétérogénéité de l’état des cellules, où l’élimination des mauvaises cellules cause une augmentation du taux de croissance moyen de la population. L’ensemble de mes résultats suggèrent que la mort cellulaire peut être favorisée par la sélection naturelle, et potentiellement représenter une forme de plasticité adaptative en réponse à un stress environnemental.