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23.4 : Ecologie des Protistes - Biologie

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23.4 : Ecologie des Protistes

23.4 : Ecologie des Protistes - Biologie

À la fin de cette section, vous aurez atteint les objectifs suivants :

  • Décrire le rôle que jouent les protistes dans l'écosystème
  • Décrire les principales espèces pathogènes de protistes

Les protistes fonctionnent dans diverses niches écologiques. Alors que certaines espèces protistes sont des composants essentiels de la chaîne alimentaire et génératrices de biomasse, d'autres interviennent dans la décomposition des matières organiques. D'autres protistes encore sont des agents pathogènes humains dangereux ou des agents responsables de maladies végétales dévastatrices.


Agents pathogènes humains

Comme nous l'avons vu, un agent pathogène est tout ce qui provoque une maladie. Les organismes parasites vivent dans ou sur un organisme hôte et nuisent à l'organisme. Un petit nombre de protistes sont de graves parasites pathogènes qui doivent infecter d'autres organismes pour survivre et se propager. Par exemple, les parasites protistes comprennent les agents responsables du paludisme, de la maladie du sommeil africaine, de l'encéphalite amibienne et de la gastro-entérite d'origine hydrique chez l'homme. D'autres agents pathogènes protistes s'attaquent aux plantes, provoquant une destruction massive des cultures vivrières.


Trypanosomes

Trypanosoma brucei, le parasite responsable de la maladie du sommeil africaine, confond le système immunitaire humain en modifiant son épaisse couche de glycoprotéines de surface à chaque cycle infectieux ([link]). Les glycoprotéines sont identifiées par le système immunitaire comme des antigènes étrangers, et une défense anticorps spécifique est montée contre le parasite. Cependant, T. brucei a des milliers d'antigènes possibles, et à chaque génération suivante, le protiste passe à un revêtement de glycoprotéine avec une structure moléculaire différente. De cette façon, T. brucei est capable de se répliquer en continu sans que le système immunitaire réussisse jamais à éliminer le parasite. Sans traitement, T. brucei attaque les globules rouges, faisant tomber le patient dans le coma et éventuellement mourir. En période épidémique, la mortalité due à la maladie peut être élevée. Des mesures de surveillance et de contrôle accrues conduisent à une réduction des cas signalés. Certains des nombres les plus bas signalés en 50 ans (moins de 10 000 cas dans toute l'Afrique subsaharienne) se sont produits depuis 2009.


Ce film traite de la pathogenèse de Trypanosoma brucei, l'agent causal de la maladie du sommeil africaine.

En Amérique latine, une autre espèce, T. cruzi, est responsable de la maladie de Chagas. T. cruzi les infections sont principalement causées par un insecte suceur de sang. Le parasite habite les tissus du cœur et du système digestif pendant la phase chronique de l'infection, entraînant une malnutrition et une insuffisance cardiaque dues à des rythmes cardiaques anormaux. On estime que 10 millions de personnes sont infectées par la maladie de Chagas, qui a causé 10 000 décès en 2008.



Producteurs primaires/Sources alimentaires

Les protistes sont des sources essentielles de nutrition pour de nombreux autres organismes. Dans certains cas, comme dans le plancton, les protistes sont consommés directement. Alternativement, les protistes photosynthétiques servent de producteurs de nutrition pour d'autres organismes. Par exemple, les dinoflagellés photosynthétiques appelés zooxanthelles utilisent la lumière du soleil pour fixer le carbone inorganique. Dans cette relation symbiotique, ces protistes fournissent des nutriments aux polypes coralliens (Figure) qui les abritent, donnant aux coraux un regain d'énergie pour sécréter un squelette de carbonate de calcium. À leur tour, les coraux fournissent au protiste un environnement protégé et les composés nécessaires à la photosynthèse. Ce type de relation symbiotique est important dans les environnements pauvres en nutriments. Sans symbiotes de dinoflagellés, les coraux perdent des pigments d'algues dans un processus appelé blanchissement des coraux, et ils finissent par mourir. Cela explique pourquoi les coraux constructeurs de récifs ne résident pas dans des eaux de plus de 20 mètres de profondeur : une lumière insuffisante atteint ces profondeurs pour que les dinoflagellés puissent effectuer la photosynthèse.

Les polypes coralliens se nourrissent grâce à une relation symbiotique avec les dinoflagellés.

Les protistes eux-mêmes et leurs produits de la photosynthèse sont essentiels - directement ou indirectement - à la survie d'organismes allant des bactéries aux mammifères (Figure). En tant que producteurs primaires, les protistes nourrissent une grande partie des espèces aquatiques du monde. (Sur terre, les plantes terrestres servent de producteurs primaires.) En fait, environ un quart de la photosynthèse mondiale est réalisée par les protistes, en particulier les dinoflagellés, les diatomées et les algues multicellulaires.

Pratiquement tous les organismes aquatiques dépendent directement ou indirectement des protistes pour se nourrir. (crédit « mollusques » : modification d'œuvre par Craig Stihler, USFWS crédit « crabe » : modification d'œuvre par David Berkowitz crédit « dauphin » : modification d'œuvre par Mike Baird crédit « poisson » : modification d'œuvre par Tim Sheerman-Chase crédit « pingouin » : modification de l'œuvre d'Aaron Logan)

Les protistes ne créent pas de sources de nourriture uniquement pour les organismes marins. Par exemple, certaines espèces de parabasalides anaérobies existent dans le tube digestif des termites et des blattes xylophages, où elles contribuent à une étape essentielle dans la digestion de la cellulose ingérée par ces insectes lors de leur percement dans le bois.


Plasmodium Espèce

En 2015, l'OMS a signalé plus de 200 millions de cas de paludisme, principalement en Afrique, en Amérique du Sud et en Asie du Sud. Cependant, on ne sait pas très bien que le paludisme était également une maladie répandue et débilitante dans la région du centre-nord des États-Unis, en particulier dans le Michigan, avec ses milliers de lacs et ses nombreux marécages. Avant la guerre civile et le drainage de nombreux marécages, pratiquement tous ceux qui ont immigré au Michigan ont contracté le paludisme (fièvre comme on l'appelait à la fin des années 1800), et les visages pâles, cireux et gonflés de cette période étaient la règle. Les seuls visages sains étaient portés par ces immigrants qui venaient d'arriver. En fait, il y a eu plus de décès dus au paludisme dans le Michigan que ceux de la guerre civile.

Nous savons maintenant que le paludisme est causé par plusieurs espèces du genre protiste apicomplexe Plasmodium. Membres de Plasmodium doivent successivement nécessiter à la fois un moustique et un vertébré pour terminer leur cycle de vie. Chez les vertébrés, le parasite se développe dans les cellules du foie (stade exoérythrocytaire) et continue à infecter les globules rouges (stade érythrocytaire), éclatant et détruisant les cellules sanguines à chaque cycle de réplication asexuée (Figure). Des quatre Plasmodium espèces connues pour infecter les humains, P. falciparum représente 50 pour cent de tous les cas de paludisme et est la principale (et la plus mortelle) cause de décès liés à la maladie dans les régions tropicales du monde. En 2015, on estimait que le paludisme avait causé plus de 400 000 décès, principalement chez les enfants africains. Au cours du paludisme, P. falciparum peut infecter et détruire plus de la moitié des cellules sanguines circulantes d'un humain, entraînant une anémie sévère. En réponse aux déchets libérés lorsque les parasites éclatent des cellules sanguines infectées, le système immunitaire de l'hôte déclenche une réponse inflammatoire massive avec des épisodes de fièvre induisant le délire (paroxysmes) lorsque les parasites lysent les globules rouges, déversant les déchets parasites dans la circulation sanguine. P. falciparum est transmis à l'homme par le moustique africain, Anopheles gambiae. Les techniques pour tuer, stériliser ou éviter l'exposition à cette espèce de moustique très agressive sont cruciales pour la lutte contre le paludisme. Ironiquement, un type de contrôle génétique est apparu dans certaines parties du monde où le paludisme est endémique. La possession d'une copie de l'allèle de la bêta-globine HbS entraîne une résistance au paludisme. Malheureusement, cet allèle a aussi un second effet malheureux lorsqu'il est homozygote, il provoque la drépanocytose.

Parasite du paludisme. Les globules rouges sont infectés par P. falciparum, l'agent causal du paludisme. Dans cette image au microscope optique prise à l'aide d'une lentille à immersion d'huile 100×, la forme annulaire P. falciparum tache de violet. (crédit : modification du travail de Michael Zahniser données de la barre d'échelle de Matt Russell)

Lien vers l'apprentissage

Ce film décrit la pathogenèse de Plasmodium falciparum, l'agent causal du paludisme.


Membres du genre Plasmodium doivent coloniser à la fois un moustique et un vertébré pour compléter leur cycle de vie. Chez les vertébrés, le parasite se développe dans les cellules du foie et continue à infecter les globules rouges, éclatant et détruisant les cellules sanguines à chaque cycle de réplication asexuée (Figure). Des quatre Plasmodium espèces connues pour infecter les humains, P. falciparum représente 50 pour cent de tous les cas de paludisme et est la principale cause de décès liés à la maladie dans les régions tropicales du monde. En 2010, on estimait que le paludisme causait entre un demi-million et un million de décès, principalement chez les enfants africains. Au cours du paludisme, P. falciparum peut infecter et détruire plus de la moitié des cellules sanguines circulantes d'un humain, entraînant une anémie sévère. En réponse aux déchets libérés lorsque les parasites éclatent des cellules sanguines infectées, le système immunitaire de l'hôte déclenche une réponse inflammatoire massive avec des épisodes de fièvre provoquant le délire lorsque les parasites lysent les globules rouges, déversant les déchets parasitaires dans la circulation sanguine. P. falciparum est transmis à l'homme par le moustique africain du paludisme, Anopheles gambiae. Les techniques pour tuer, stériliser ou éviter l'exposition à cette espèce de moustique très agressive sont cruciales pour la lutte contre le paludisme.

Les globules rouges sont infectés par P. falciparum, l'agent causal du paludisme. Dans cette image au microscope optique prise à l'aide d'une lentille à immersion d'huile 100×, la forme annulaire P. falciparum tache de violet. (crédit : modification du travail de Michael Zahniser données de la barre d'échelle de Matt Russell)

Lien vers l'apprentissage

Ce film décrit la pathogenèse de Plasmodium falciparum, l'agent causal du paludisme.


Écologie

La répartition des protistes est mondiale en tant que groupe, ces organismes sont à la fois cosmopolites et omniprésents. Chaque espèce individuelle, cependant, a des niches et des microhabitats préférés, et tous les protistes sont dans une certaine mesure sensibles aux changements de leur environnement. La disponibilité de suffisamment de nutriments et d'eau, ainsi que la lumière du soleil pour les formes photosynthétiques, est, cependant, le seul facteur majeur restreignant la colonisation réussie et lourde des protistes de pratiquement n'importe quel habitat sur Terre.

Les formes libres sont particulièrement abondantes dans les systèmes aquatiques naturels, tels que les étangs, les ruisseaux, les rivières, les lacs, les baies, les mers et les océans. Certaines de ces formes peuvent se produire à des niveaux spécifiques dans la colonne d'eau, ou elles peuvent être des habitants du fond (benthique). Les habitats plus spécialisés, parfois créés par l'homme, sont également souvent bien peuplés de protistes pigmentés et non pigmentés. Ces sites comprennent des sources thermales, des piscines saumâtres, des eaux de grottes, de la neige et de la glace, des plages de sable et des vasières intertidales, des tourbières et des marais, des piscines et des stations d'épuration. Beaucoup se trouvent couramment dans divers habitats terrestres, tels que les sols, la litière forestière, les sables du désert et l'écorce et les feuilles des arbres. Des kystes et des spores peuvent être récupérés à des hauteurs considérables dans l'atmosphère.

Les formes fossilisées sont abondantes dans les archives géologiques. Des fossiles d'organismes unicellulaires ont été trouvés dans des strates datées d'environ 1,9 milliard d'années, au cours du Précambrien. Cependant, de nombreuses lignées de protistes n'ont laissé aucune trace de leurs formes maintenant éteintes, ce qui rend difficile la vérification des spéculations sur les premières relations phylogénétiques et évolutives avec d'autres eucaryotes.

Les protistes symbiotiques sont aussi répandus que les formes libres, car ils sont présents partout où se trouvent leurs hôtes. Des centaines voire des milliers de sortes de protistes vivent comme des ectosymbiontes ou des épisymbiontes, trouvant des niches appropriées avec des plantes, des champignons, des animaux vertébrés et invertébrés, ou même d'autres protistes. Les hôtes sont rarement lésés en effet, ces substrats souvent mobiles sont en réalité utilisés comme moyen de dispersion.

Les endosymbiotes comprennent les commensaux, les parasites facultatifs et les parasites obligatoires. Cette dernière catégorie englobe des formes qui ont des effets sur leurs hôtes allant d'un léger inconfort à la mort. Les protozoaires et certainement les protistes non photosynthétiques sont beaucoup plus souvent impliqués dans de telles associations que les formes algales. Chez quelques protistes, le cytoplasme et les noyaux peuvent être envahis par d'autres protistes, et des relations intimes et mutuellement bénéfiques entre les hôtes protistes et les symbiotes protistes ont été observées, comme les foraminifères ou les ciliés qui nourrissent les algues symbiotiques dans leur cytoplasme. Lorsque les eucaryotes supérieurs sont les hôtes des protistes, toutes les cavités corporelles et tous les systèmes organiques sont sensibles à l'invasion, bien que les plantes terrestres portent relativement peu de tels parasites. Chez les animaux hôtes, les trois zones principales servant de sites pour les espèces endosymbiotiques sont le coelome, le tube digestif et ses organes associés, et le système circulatoire.

Le nombre d'individus dans des populations de nombreux protistes atteint des chiffres stupéfiants. Il y a, en moyenne, des dizaines de milliers de protistes dans un gramme de terre arable, des centaines de milliers dans l'intestin d'un termite, des millions dans le rumen d'un bovin, des milliards dans une minuscule parcelle de plancton flottant dans la mer, et des milliards dans le sang d'une personne infectée par un paludisme grave. Certaines maladies graves de l'homme sont causées par des protistes, principalement des parasites du sang. Le paludisme, la trypanosomose (par exemple, la maladie du sommeil africaine), la leishmaniose, la toxoplasmose et la dysenterie amibienne sont des afflictions débilitantes ou mortelles.

Les parasites protistes infectant le bétail domestiqué, la volaille, les poissons d'écloserie et d'autres sources de nourriture de ce type épuisent les réserves ou les rendent désagréables au goût. Les pertes économiques peuvent être considérables. Certains dinoflagellés marins vivant en liberté sont les agents responsables des épidémies de marée rouge qui se produisent périodiquement le long des côtes du monde entier. Une toxine libérée par les protistes en fleurs tue les poissons dans la zone touchée. D'autres dinoflagellés produisent une toxine qui peut être absorbée par certains coquillages (mollusques bivalves) et qui provoque une intoxication par les coquillages, caractérisée dans les cas graves par une paralysie respiratoire et la mort, lorsque le mollusque est mangé par l'homme. Certains des protistes fongiques « inférieurs » ont eu des effets significatifs sur l'histoire de l'humanité. Une espèce était responsable de la grande famine irlandaise de la pomme de terre au milieu du XIXe siècle, et plus tard, une autre a presque ruiné l'ensemble de l'industrie viticole française avant qu'un fongicide ne soit développé pour la détruire.

De nombreux protistes offrent aux humains des avantages, certains plus évidents que d'autres. Parce que les protistes sont situés près du bas de la chaîne alimentaire dans la nature (juste au-dessus des bactéries), ils jouent un rôle crucial dans le maintien des eucaryotes supérieurs dans les eaux douces et marines. En plus de fournir directement et indirectement des molécules organiques (telles que des sucres) à d'autres organismes, les protistes d'algues pigmentées (contenant de la chlorophylle) produisent de l'oxygène comme sous-produit de la photosynthèse. Les algues peuvent fournir jusqu'à la moitié de l'oxygène global net. Les gisements de gaz naturel et de pétrole brut proviennent de populations fossilisées de protistes algaux. Une grande partie du renouvellement des nutriments et du recyclage des minéraux dans les océans et les mers provient des activités des flagellés hétérotrophes (non pigmentés) et des ciliés qui y vivent, espèces qui se nourrissent des bactéries et autres producteurs primaires présents dans le même milieu. Les algues (par exemple, les algues brunes) ont longtemps été utilisées comme engrais.

Le test calcaire, ou coquille, des foraminifères est conservable et constitue une composante majeure des roches calcaires. Des assemblages de certains de ces protistes, abondants et généralement facilement reconnaissables, sont connus pour avoir été déposés au cours de diverses périodes spécifiques de l'histoire géologique de la Terre. Les géologues de l'industrie pétrolière étudient les espèces de foraminifères présentes dans des échantillons de carottes forées afin de déterminer l'âge de différentes strates de la croûte terrestre, permettant ainsi l'identification de gisements riches en pétrole. Avant les substituts synthétiques, la craie pour tableau noir se composait principalement de carbonate de calcium provenant des écailles (coccolithes) de certains protistes d'algues et des tests de foraminifères. Les diatomées et certaines espèces ciliées sont utiles comme indicateurs de la qualité de l'eau et donc de la quantité de pollution dans les systèmes aquatiques naturels et dans les stations d'épuration des eaux usées. Des espèces sélectionnées de protozoaires parasites peuvent jouer un rôle important en tant qu'organismes de lutte biologique contre certains insectes prédateurs des plantes alimentaires.


Parasites des plantes

Les parasites protistes des plantes terrestres comprennent des agents qui détruisent les cultures vivrières. L'oomycète Plasmopara viticola parasite les plants de vigne, provoquant une maladie appelée mildiou (Figure). Les plants de vigne infectés par P. viticole paraissent rabougris et ont des feuilles décolorées et flétries. La propagation du mildiou a failli faire effondrer l'industrie viticole française au XIXe siècle.

L'oïdium et l'oïdium sur cette feuille de vigne sont causés par une infection de P. viticole. (crédit : modification des travaux par l'USDA)

Phytophthora infestans est un oomycète responsable du mildiou de la pomme de terre, qui provoque la décomposition des tiges et des tiges de la pomme de terre en une boue noire (Figure). Brûlure généralisée de la pomme de terre causée par P. infeste a précipité la célèbre famine irlandaise de la pomme de terre au XIXe siècle qui a coûté la vie à environ 1 million de personnes et a conduit à l'émigration d'au moins 1 million d'autres d'Irlande. Le mildiou continue d'affecter les cultures de pommes de terre dans certaines régions des États-Unis et de la Russie, anéantissant jusqu'à 70 pour cent des cultures lorsqu'aucun pesticide n'est appliqué.

Ces restes peu appétissants résultent d'une infection par P. infeste, l'agent causal du mildiou de la pomme de terre. (crédit : USDA)


Les protistes comme agents pathogènes des plantes

De nombreux protistes agissent comme des parasites qui s'attaquent aux plantes ou comme des décomposeurs qui se nourrissent d'organismes morts.

Objectifs d'apprentissage

Décrire les façons dont les protistes agissent en tant que décomposeurs et les actions des protistes parasites sur les plantes

Points clés à retenir

Points clés

  • Plasmopara viticola provoque le mildiou des plants de vigne, entraînant un retard de croissance et des feuilles fanées et décolorées.
  • Étant donné que le mildiou a une incidence plus élevée à la fin de l'été, la plantation tôt dans la saison peut réduire la menace du mildiou. Les fongicides sont également assez efficaces pour prévenir le mildiou.
  • Phytophthora infestans cause le mildiou de la pomme de terre (les tiges et les tiges de la pomme de terre se désintègrent en boue noire) et a été responsable de la famine de la pomme de terre en Irlande au XIXe siècle.
  • Les saprobes protistes se nourrissent d'organismes morts, qui restituent des nutriments inorganiques au sol et à l'eau.

Mots clés

  • saprobe: un organisme qui vit de matière organique morte ou en décomposition
  • oomycète: les protistes unicellulaires filamenteux ressemblant à des champignons l'eau moule
  • le mildiou: la maladie des plantes causée par les oomycètes provoque un retard de croissance des plantes ainsi que des feuilles décolorées et flétries

Parasites des plantes

Les parasites protistes s'attaquent aux plantes terrestres et comprennent des agents qui causent une destruction massive des cultures vivrières. L'oomycète Plasmopara viticola parasite les plants de vigne, ce qui provoque une maladie appelée mildiou. Les plants de vigne infectés par P. viticola paraissent rabougris et ont des feuilles décolorées et flétries. La propagation du mildiou a failli faire effondrer l'industrie viticole française au XIXe siècle. Ils sont facilement contrôlés une fois découverts, il est donc essentiel de surveiller attentivement les hôtes sensibles, car s'il n'est pas traité, l'organisme peut se propager rapidement et submerger complètement l'espèce hôte.

Mildiou: L'oïdium et l'oïdium sur cette feuille de vigne sont tous deux causés par une infection à P. viticola.

Étant donné que l'agent pathogène du mildiou ne passe pas l'hiver dans les champs du Midwest, les rotations des cultures et les pratiques de travail du sol n'affectent pas le développement de la maladie. L'agent pathogène a tendance à s'établir à la fin de l'été. Par conséquent, la plantation de variétés hâtives peut réduire davantage la menace posée par le mildiou. Des fongicides peuvent également être appliqués pour lutter contre le mildiou. Les fongicides protecteurs à large spectre tels que le chlorothalonil, le mancozèbe et le cuivre fixe sont assez efficaces pour protéger contre l'infection par le mildiou.

Phytophthora infestans est un oomycète responsable du mildiou de la pomme de terre. Cette maladie provoque la décomposition des tiges et des tiges de pommes de terre en une boue noire. Brûlure généralisée de la pomme de terre causée par P. infestans a conduit à la célèbre famine irlandaise de la pomme de terre au XIXe siècle qui a coûté la vie à environ un million de personnes et a entraîné l'émigration d'au moins un million d'autres d'Irlande. Le mildiou continue d'affecter les cultures de pommes de terre dans certaines régions des États-Unis et de la Russie, anéantissant jusqu'à 70 pour cent des cultures lorsqu'aucun pesticide n'est appliqué.

mildiou de la pomme de terre: Ces restes peu appétissants résultent d'une infection par P. infestans, l'agent causal du mildiou de la pomme de terre.

Agents de décomposition

Les saprobes protistes ressemblant à des champignons sont spécialisées dans l'absorption des nutriments de la matière organique non vivante, comme les organismes morts ou leurs déchets. Par exemple, de nombreux types d'oomycètes se développent sur des animaux morts ou des algues. Les protistes saprobiques ont pour fonction essentielle de restituer les nutriments inorganiques au sol et à l'eau. Ce processus permet la croissance de nouvelles plantes, qui à leur tour génèrent de la nourriture pour d'autres organismes le long de la chaîne alimentaire. En effet, sans les espèces de saprobe, telles que les protistes, les champignons et les bactéries, la vie cesserait d'exister car tout le carbone organique serait « fixé » dans les organismes morts.


Voir la vidéo: فيديو!!! Les protistes reproduction (Février 2023).