En 2009, le biologiste Dan Lahr a reçu un courriel intriguant d’un autre chercheur. Il comprenait la photo d’un organisme étrange. Le chercheur avait découvert le microbe dans une plaine inondable du centre du Brésil. Sa coquille brun jaunâtre avait une forme distinctive, en forme de triangle.
La forme rappelait à Lahr le chapeau du magicien dans les films du Seigneur des anneaux. « C’est le chapeau de Gandalf », se souvient-il avoir pensé.
Lahr est biologiste à l’université de São Paulo au Brésil. Il a réalisé que la forme de vie unicellulaire était une nouvelle espèce d’amibe (Uh-MEE-buh). Certaines amibes ont une coquille, comme celle-ci. Elles peuvent construire cette coquille à partir de molécules qu’elles fabriquent elles-mêmes, comme les protéines. D’autres peuvent utiliser des morceaux de matériaux provenant de leur environnement, comme des minéraux et des plantes. D’autres amibes encore sont « nues », sans coquille. Pour en savoir plus sur l’amibe nouvellement découverte, Lahr aurait besoin de plus de spécimens.
Deux ans plus tard, un autre scientifique brésilien lui envoie des photos de la même espèce provenant d’une rivière. Mais c’est en 2015 que la manne est arrivée. C’est alors qu’une troisième scientifique lui a envoyé un courriel. Cette chercheuse, Jordana Féres, avait collecté quelques centaines de ces amibes triangulaires. C’était suffisant pour qu’elle et Lahr commencent une étude détaillée de l’espèce.
Ils ont examiné les microbes au microscope. L’amibe, ont-ils découvert, construit sa coquille en forme de chapeau à partir de protéines et de sucres qu’elle fabrique. La grande question est de savoir pourquoi le microbe a besoin de cette coquille. Peut-être offre-t-elle une protection contre les rayons ultraviolets nocifs du soleil. Lahr a nommé l’espèce Arcella gandalfi (Ahr-SELL-uh Gan-DAHL-fee).
Lahr soupçonne que de nombreuses autres espèces d’amibes attendent d’être découvertes. « Les gens ne cherchent tout simplement pas », dit-il.
Les scientifiques en savent encore peu sur les amibes. La plupart des biologistes étudient des organismes soit plus simples, soit plus complexes. Les microbiologistes, par exemple, se concentrent souvent sur les bactéries et les virus. Ces microbes ont des structures plus simples et peuvent provoquer des maladies. Les zoologistes préfèrent étudier des animaux plus grands et plus familiers, comme les mammifères et les reptiles.
Les amibes ont largement « été ignorées », note Richard Payne. Il est spécialiste de l’environnement à l’université de York, en Angleterre. « Elles ont été en quelque sorte prises entre deux feux pendant longtemps ».
Mais lorsque les scientifiques scrutent ces drôles de petits organismes, ils trouvent de grandes surprises. Les aliments des amibes vont des algues aux cerveaux. Certaines amibes sont porteuses de bactéries qui les protègent du danger. D’autres « élèvent » les bactéries qu’elles aiment manger. Et d’autres encore pourraient jouer un rôle dans le changement climatique de la Terre.
Bien que vous ne puissiez pas les voir, les amibes sont partout. Elles vivent dans le sol, les étangs, les lacs, les forêts et les rivières. Si vous ramassez une poignée de terre dans les bois, elle contiendra probablement des centaines de milliers d’amibes.
Mais ces amibes ne sont pas forcément toutes étroitement liées les unes aux autres. Le mot « amibe » décrit une grande variété d’organismes unicellulaires qui ont une certaine apparence et se comportent d’une certaine façon. Certains organismes ne sont des amibes que pendant une partie de leur vie. Ils peuvent alterner entre une forme d’amibe et une autre forme.
Comme les bactéries, les amibes n’ont qu’une seule cellule. Mais là s’arrête la similitude. D’une part, les amibes sont eucaryotes (Yoo-kair-ee-AH-tik). Cela signifie que leur ADN est emballé à l’intérieur d’une structure appelée noyau (NEW-klee-uhs). Les bactéries n’ont pas de noyau. A certains égards, les amibes ressemblent plus aux cellules humaines qu’aux bactéries.
A la différence des bactéries, qui conservent leur forme, les amibes sans coquille ressemblent à des gouttes. Leur structure change beaucoup, dit Lahr. Il les appelle les « changeurs de forme ».
Leur aspect ballonné peut s’avérer utile. Les amibes se déplacent en utilisant des parties bombées appelées pseudopodes (Soo-doh-POH-dee-uh). Ce terme signifie « faux pieds ». Ce sont des extensions de la membrane de la cellule. Une amibe peut tendre la main et saisir une certaine surface avec un pseudopode, l’utilisant pour ramper vers l’avant.
Les pseudopodes aident aussi les amibes à se nourrir. Un pseudopode étiré peut engloutir la proie d’une amibe. Cela permet à ce microbe d’avaler des bactéries, des cellules fongiques, des algues – et même de petits vers.
Certaines amibes mangent des cellules humaines, provoquant des maladies. En général, les amibes ne provoquent pas autant de maladies humaines que les bactéries et les virus. Néanmoins, certaines espèces peuvent être mortelles. Par exemple, une espèce connue sous le nom d’Entamoeba histolytica (Ehn-tuh-MEE-buh Hiss-toh-LIH-tih-kuh) peut infecter les intestins humains. Une fois là, « ils vous mangent littéralement », dit Lahr. La maladie qu’elles provoquent tue des dizaines de milliers de personnes chaque année, principalement dans les régions qui n’ont pas d’eau propre ou de systèmes d’égouts.
La maladie la plus bizarre causée par une amibe concerne l’espèce Naegleria fowleri (Nay-GLEER-ee-uh FOW-luh-ree). Son surnom est « l’amibe mangeuse de cerveau ». Très rarement, elle infecte les personnes qui se baignent dans les lacs ou les rivières. Mais si elle pénètre dans le nez, elle peut se déplacer jusqu’au cerveau où elle se régale des cellules cérébrales. Cette infection est généralement mortelle. La bonne nouvelle : les scientifiques ne connaissent que 34 résidents américains qui ont été infectés entre 2008 et 2017.
Un minuscule ouvre-boîte
Un scientifique nommé Sebastian Hess a récemment découvert les astuces que certaines amibes utilisent pour se nourrir. Il étudie les microbes eucaryotes au Canada, à l’université Dalhousie. C’est à Halifax, en Nouvelle-Écosse. Depuis qu’il est enfant, M. Hess aime observer de minuscules créatures au microscope.
Il y a dix ans, M. Hess a percé la glace d’un étang gelé en Allemagne. Il a recueilli un échantillon d’eau et l’a ramené à son laboratoire. A travers le microscope, il a vu quelque chose d’étrange. Des sphères vertes s’agitaient comme de minuscules bulles à l’intérieur de brins d’algues vertes. Il n’avait « aucune idée » de ce qu’étaient ces sphères. Alors Hess a mélangé les algues contenant les sphères vertes avec d’autres algues. Les sphères frétillantes sont sorties de l’algue et ont commencé à nager. Peu après, elles ont envahi d’autres brins d’algues.
Hess a réalisé que les sphères vertes étaient des microbes appelés amiboflagellés (Uh-MEE-buh-FLAH-juh-laytz). Cela signifie qu’ils peuvent passer d’une forme à l’autre. Dans l’une des formes, ils nagent ou glissent à l’aide de structures en forme de queue appelées flagelles (Fluh-JEH-luh). Lorsque les nageurs trouvent de la nourriture, ils se transforment en amibes. Leur forme devient moins rigide. Au lieu de nager, ils commencent maintenant à ramper le long d’une surface.
A travers le microscope, Hess a observé une de ces amibes découper un trou dans une cellule d’algue. L’amibe se comprime à l’intérieur. Puis elle mange les entrailles de l’algue. Ensuite, l’amibe s’est divisée et a fait des copies d’elle-même. Ce sont les sphères vertes agitées que Hess avait vu plus tôt. Les nouvelles amibes ont percé plus de trous dans la cellule de l’algue. Certains ont envahi la cellule voisine dans le brin d’algues. D’autres s’échappent. Hess a nommé l’espèce Viridiraptor invadens (Vih-RIH-dih-rap-ter in-VAY-denz).
Il a trouvé une espèce similaire dans une tourbière. Également un amiboflagellé, il ne rampait pas à l’intérieur des algues. Au lieu de cela, il a coupé une entaille en forme de C dans une cellule d’algue. Hess compare cette amibe à « un ouvre-boîte ». L’amibe a ensuite soulevé le « couvercle » et utilisé son pseudopode pour atteindre le trou. Elle a englouti la matière qu’elle avait extraite de la cellule. Hess a nommé cette espèce Orciraptor agilis (OR-sih-rap-ter Uh-JIH-liss).
Plus récemment, il a découvert des indices sur la façon dont ces deux amiboflagellés piratent les algues. Tous deux semblent recevoir l’aide d’une protéine appelée actine (AK-tin). Les cellules humaines utilisent la même protéine pour se déplacer.
Dans les amiboflagellés, l’actine forme un maillage. Elle aide la cellule à fabriquer un pseudopode. Le maillage pourrait également aider le pseudopode à s’accrocher aux algues. L’actine peut se connecter à d’autres protéines de la membrane cellulaire du microbe qui pourraient se fixer aux parois des cellules d’algues. L’actine peut même aider à guider d’autres protéines – des enzymes – qui peuvent découper les parois des cellules d’algues.
Les résultats des études menées par Hess et ses collègues suggèrent que ces amibes apparemment simples pourraient être beaucoup plus avancées qu’elles ne le semblaient au départ. On pourrait même les considérer comme des ingénieurs unicellulaires. « En termes de comportement, » dit Hess, « ce ne sont que des organismes super-complexes. »
Des copains bactériens
La relation entre les amibes et les bactéries est encore plus compliquée.
Debra Brock est biologiste à l’Université Washington à St. Louis, Mo. Elle étudie une amibe appelée Dictyostelium discoideum (Dihk-tee-oh-STEE-lee-um Diss-COY-dee-um). Beaucoup les appellent simplement Dicty. Ces organismes vivant dans le sol se nourrissent de bactéries.
Les Dicty vivent généralement en solo. Mais lorsque la nourriture se fait rare, des dizaines de milliers peuvent fusionner, s’agglutiner en un dôme. Habituellement, le dôme se transforme en une forme de limace. Cette limace – en réalité des milliers d’amibes individuelles se déplaçant ensemble – rampe vers la surface du sol.
Une fois arrivée là, la limace forme un champignon. Les amibes situées au sommet du « champignon » s’entourent d’un revêtement dur. Cette forme enrobée est connue sous le nom de spore. Les insectes, les vers ou les animaux plus gros qui frôlent ces spores peuvent les transporter sans le savoir vers de nouveaux endroits. Plus tard, les spores vont se fissurer, permettant aux amibes à l’intérieur du manteau de frapper à la recherche de nourriture sur ce nouveau site.
Certains Dicty apportent des bactéries pour se nourrir. Ils transportent les bactéries à l’intérieur d’eux-mêmes sans les digérer. C’est « comme une boîte à lunch », explique Brock. Pour ce faire, les amibes reçoivent l’aide d’un autre groupe de bactéries qu’elles ne peuvent pas manger. Ces microbes auxiliaires vivent également dans les amibes. Les auxiliaires empêchent les bactéries alimentaires d’être digérées afin que les amibes puissent les conserver pour plus tard.
Les scientifiques appellent les amibes porteuses de bactéries des « fermiers ». Les chercheurs soupçonnent que lorsque les amibes atteignent un nouvel habitat, elles recrachent les bactéries alimentaires dans le sol. Ces bactéries se divisent ensuite pour produire d’autres bactéries. C’est comme si les amibes transportaient des graines et les plantaient pour faire pousser plus de nourriture.
Récemment, les chercheurs ont découvert que la limace amibe se protège avec des cellules spéciales pendant qu’elle voyage. Ces cellules sont aussi des amibes Dicty. Connues sous le nom de cellules sentinelles, elles épongent les bactéries et les substances toxiques qui pourraient nuire aux autres amibes. Quand c’est fait, la limace laisse ses sentinelles derrière elle.
Brock s’est demandé ce que cette découverte signifiait pour les agriculteurs Dicty. Les agriculteurs ne voudraient pas que les cellules sentinelles tuent leur nourriture bactérienne. Donc les agriculteurs avaient-ils moins de cellules sentinelles que les non-agriculteurs ?
Pour le savoir, l’équipe de Brock a laissé des limaces amibes se former dans le laboratoire. Certaines limaces étaient toutes des agriculteurs. D’autres étaient toutes des non-agriculteurs. Les chercheurs ont coloré les cellules sentinelles, puis ont laissé les limaces se déplacer dans un plat de laboratoire. Ensuite, les chercheurs ont compté combien de cellules sentinelles avaient été laissées derrière elles. Comme prévu, les limaces des agriculteurs avaient moins de cellules sentinelles.
Les scientifiques se sont demandés si cela mettait les agriculteurs plus en danger par rapport aux produits chimiques toxiques. Pour le tester, Brock a exposé des agriculteurs et des non-agriculteurs à un produit chimique toxique. Les fermiers pouvaient encore se reproduire. En fait, ils s’en sortaient mieux que les non-agriculteurs.
Brock pense maintenant que certaines des bactéries portées par les agriculteurs ont aidé à combattre les produits chimiques toxiques. Ces bactéries pourraient décomposer les produits chimiques. Les agriculteurs ont donc deux armes contre les menaces toxiques : les cellules sentinelles et les copains bactériens.
Un lien avec le changement climatique ?
Hess et Brock étudient les amibes nues. Payne est intrigué par celles qui ont une coquille. Appelées amibes testates (TESS-tayt), ces microbes astucieux peuvent façonner de nombreux types de coquilles. Ces revêtements peuvent ressembler à des disques, des bols, voire des vases. Certains sont « fantastiquement beaux », dit Payne.
De nombreuses amibes testates vivent dans des habitats appelés tourbières. Ces sites sont généralement détrempés et acides. Mais pendant les étés, la tourbe peut s’assécher. Payne pense que les coquilles pourraient protéger les amibes d’une tourbière pendant ces sécheresses.
Plus que des curiosités, ces amibes vivant dans la tourbe pourraient jouer un rôle important dans l’environnement, selon Payne. Des plantes partiellement décomposées s’accumulent dans les tourbières. Les bactéries mangent ces plantes, libérant ainsi du dioxyde de carbone. Dans l’atmosphère, ce gaz à effet de serre peut favoriser le réchauffement de la planète. Les amibes des tourbières mangent ces bactéries. Ainsi, de cette manière, les amibes d’une tourbière peuvent influencer l’importance du rôle des tourbières dans le réchauffement climatique.
Payne et ses collègues ont étudié une tourbière en Chine où un feu de forêt avait brûlé. Les incendies sauvages pourraient devenir plus fréquents avec le réchauffement climatique. Les scientifiques ont donc voulu savoir comment le feu affectait les amibes testates de la tourbière.
Les collègues chinois de Payne ont prélevé des échantillons dans des parties brûlées et non brûlées de la tourbière. Puis l’équipe a analysé les différences entre deux types d’amibes testates. L’une fabrique sa coquille à partir de débris, comme des grains de sable et des morceaux de plantes. L’autre type construit une coquille vitreuse en utilisant un minéral appelé silice.
Dans les parcelles non brûlées, les scientifiques ont trouvé un nombre similaire des deux types d’amibes. Mais les parcelles brûlées contenaient beaucoup plus d’amibes avec des coquilles faites de sable et de débris. Les résultats suggèrent que le feu avait détruit davantage d’amibes à coquille de silice.
Payne ne sait pas encore ce que cela signifie pour le changement climatique. On ne sait pas si le changement d’amibes fera en sorte que les tourbières libèrent plus ou moins de carbone. Le processus est « extrêmement compliqué », dit-il.
De nombreux autres détails sur les amibes restent inconnus. Combien d’espèces existent ? Pourquoi certaines ont-elles une coquille ? Comment les amibes affectent-elles le nombre d’autres microbes dans certaines parties de l’environnement ? Comment influencent-elles l’écosystème qui les entoure, comme les plantes ?
Les scientifiques ont suffisamment de questions sur les amibes pour s’en occuper pendant longtemps. C’est en partie pourquoi des chercheurs comme Payne trouvent ces organismes si intrigants. De plus, dit-il, « elles sont tout simplement très cool ».
