Découverte inattendue : les vers plats d'eau douce forment des sociétés complexes avec des castes de soldats

Cette espèce de ver plat d’eau douce a le potentiel de servir de modèle pour étudier l’évolution de l’organisation sociale.

De nouvelles découvertes de l'Institution océanographique Scripps de l'Université de Californie à San Diego révèlent qu'un petit parasite d'eau douce, connu pour causer des problèmes de santé chez l'homme, protège ses colonies avec une classe unique de soldats non reproducteurs.

La découverte, publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences et financé par le Instituts nationaux de la santécoffres-forts ceci espèces de vers plats parasites dans les rangs de sociétés animales complexes telles que les fourmis, les abeilles et les termites, qui ont également des classes distinctes d'ouvriers et de soldats qui ont abandonné la reproduction pour servir leur colonie.

Lorsqu'il pénètre dans l'organisme humain, généralement par la consommation de poisson cru ou insuffisamment cuit, cette espèce de ver plat, Haplorchis pumiliopeut provoquer des problèmes gastro-intestinaux et, dans les cas graves, un accident vasculaire cérébral ou une crise cardiaque. La cuisson complète du poisson ou la congélation de celui destiné à être consommé cru pendant au moins une semaine suffit à tuer les trématodes, selon les directives de la Food and Drug Administration. Bien qu'il n'existe pas de statistiques spécifiques pour Haplorchis pumilioLes infections à trématodes d’origine alimentaire sont responsables chaque année de 2 millions d’années de vie perdues en raison d’invalidités et de décès dans le monde.

Contrairement aux abeilles et aux termites, les colonies de cette espèce de vers plats ne se trouvent pas sous terre ou dans le creux d'un arbre, mais à l'intérieur du corps d'un escargot vivant. Les parasites ne tuent pas l'escargot, mais siphonnent des nutriments pendant des années en produisant des clones nageant librement à la recherche de poissons, le prochain hôte des vers plats dans leur cycle de vie complexe.

Habitat unique et implications pour la recherche

« Comparés aux abeilles ou aux termites, ces vers plats peuvent accueillir bien plus de colonies en laboratoire », a déclaré Ryan Hechinger, écologiste à Scripps et auteur principal de l’étude. « Ces vers plats pourraient devenir des outils précieux pour sonder des questions fondamentales de sociobiologie, comme « comment ce type d’organisation sociale évolue-t-il ? »

D'autres espèces de cette classe de vers plats parasites, appelés trématodes, possèdent également des soldats, mais ces soldats peuvent encore contenir des tissus reproducteurs inactifs, ce qui suggère qu'ils peuvent devenir reproducteurs à un moment donné. Cette étude est la première preuve que les soldats trématodes sont si spécialisés physiquement dans leur tâche qu'ils n'ont aucun tissu reproducteur et semblent définitivement incapables de se reproduire, a déclaré Hechinger.

Haplorchis pumilio forme des colonies ressemblant à des nids à l'intérieur de l'escargot d'eau douce Mélanoïdes tuberculées et infecte ensuite deux autres hôtes successifs au cours de son cycle biologique – généralement un poisson et enfin un vertébré à sang chaud. Le trématode et l’escargot sont tous deux originaires d’Afrique et d’Asie du Sud, mais sont co-invasifs dans les Amériques, notamment en Californie, au Texas et en Floride.

C'est durant cette phase du cycle de vie de ce trématode qu'il forme une colonie à l'intérieur de l'escargot. Les chercheurs ont découvert la caste des soldats. Les soldats défendent la colonie contre les intrus, comme d'autres parasites, en utilisant une grande bouche qui crée une puissante succion capable de percer des trous dans ses ennemis et d'aspirer leurs entrailles.

« Ces vers veulent garder leur maison », explique Dan Metz, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral à l’Université du Nebraska-Lincoln qui a mené cette étude pendant son doctorat à Scripps. « Un autre parasite qui infecte leur escargot, c’est comme si quelqu’un entrait dans votre maison et menaçait votre famille. Vous ferez tout ce que vous pouvez pour protéger votre famille, et ces vers feront de même. »

Metz a rencontré ces vers par hasard. Lors d'une promenade autour du lac Murray à San Diego, en Californie, il a vu un escargot inconnu au bord de l'eau et l'a ramené au laboratoire. Il s'est avéré que l'escargot était Mélanoïdes tuberculées et il a également été infecté par le trématode Haplorchis pumilio.

En observant de plus près la colonie de parasites, Metz et Hechinger ont remarqué que de nombreux membres de la colonie mesuraient environ la moitié de la longueur et avaient des proportions différentes des autres. Ces vers plus petits se sont avérés être des soldats, qui, bien que mesurant moins d'un demi-millimètre de long (0,02 pouce), avaient une bouche cinq fois plus grande que celle de leurs homologues beaucoup plus grands et capables de se reproduire.

« Ces soldats ne sont en fait que des mâchoires mobiles », explique Metz. « Leur fonction principale est de mordre les choses. »

Découverte de castes de soldats non reproductifs

Grâce à des expériences et à un examen approfondi, Metz et Hechinger ont découvert de multiples éléments de preuve suggérant que ces soldats sont totalement différents de leurs parents capables de se reproduire au sein de la colonie.

Premièrement, tous les soldats n’avaient pas d’organes reproducteurs, alors que même les vers reproducteurs les plus immatures – y compris ceux qui n’étaient pas encore nés dans le ventre de leur parent – ​​avaient des structures reproductrices détectables. Deuxièmement, les chercheurs n’ont rencontré aucun ver dont les proportions corporelles semblaient combler l’écart physique entre les soldats et les vers reproducteurs. Les soldats de toutes tailles avaient des gueules relativement massives par rapport à leur taille corporelle globale, alors qu’aucun ver reproducteur ne s’approchait des proportions centrées sur la bouche des soldats. Et troisièmement, les chercheurs ont montré par des essais expérimentaux que les soldats attaquaient systématiquement d’autres parasites, alors que les vers reproducteurs ne présentaient presque aucun comportement agressif.

L’étude a également montré que le fait d’avoir des soldats dédiés semble faciliter la domination écologique de cette espèce de trématode, du moins dans son aire de répartition invasive en Californie du Sud. Parmi les autres espèces de trématodes qui ont également envahi la Californie du Sud et qui infectent le même escargot, les chercheurs ont calculé que l’espèce produisant des soldats a causé environ 94 % de tous les décès survenus parmi les différentes espèces. Cette puissance de feu supérieure dans les conflits entre trématodes a conduit à une abondance des autres espèces de trématodes bien inférieure à ce qu’elle serait autrement.

« Les soldats n'infectent pas les humains, ils sont seulement présents dans les escargots », a déclaré Metz. « Une autre étape du cycle de vie du ver infecte les animaux à sang chaud. vertébrésy compris les humains, mais la présence de soldats rend ce parasite plus efficace pour infecter les escargots, ce qui signifie plus de possibilités de transmission aux humains.

Ce parasite se propage à l'échelle mondiale et la compréhension de sa biologie pourrait être importante pour la santé publique ainsi que pour comprendre les racines évolutives d'une organisation sociale complexe. Il pourrait également exister de nombreuses autres espèces de trématodes possédant des castes de soldats permanents.

« Nous n’en sommes qu’au début de nos recherches », a déclaré Hechinger. « Il pourrait y avoir jusqu’à 200 000 espèces de trématodes sur la planète, et nous n’en avons étudié que quelques-unes dans le contexte de l’organisation sociale. Il reste encore beaucoup à découvrir sur les façons dont les trématodes créent des sociétés complexes avec division du travail. »

L’étude a été financée par les National Institutes of Health.