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L'écologie de la nutrition


Published
Revised
August 30, 2020
1 month ago

Ce post fait partie d'une série reprenant des concepts du livre "The Nature of Nutrition" de Stephen J. Simpson et David Raubenheimer

[THE NATURE OF NUTRITION 1] Chapitre 1 : Nutrition and Darwin’s Entangled Bank

« Il est intéressant de contempler un talus enchevêtré, couvert de nombreuses plantes de nombreuses sortes, avec des oiseaux qui chantent dans les buissons et des insectes variés qui virevoltent et des vers qui rampent dans la terre humide.

Et de songer que ces formes construites avec raffinement, si différentes les unes des autres, et dépendant les uns des autres d'une manière si complexe, ont toutes été produites par des lois agissant autour de nous. »

Charles Darwin, L’Origine des Espèces



L’essentiel de la biologie des 150 dernières années a consisté à comprendre cette complexité du vivant. Cependant, une composante a souvent été négligée : le potentiel que représente la nutrition dans les connexions au sein du vivant.

Classiquement la nutrition a toujours été considérée comme appartenant au domaine de la médecine ou de l’agronomie. Cependant, au sens écologique, nous avons encore d’énormes lacunes sur la notion de nutrition.

1. La nutrition affecte et relie entre elles toutes les espèces vivantes

Chez la plupart des espèces vivantes, les mécanismes de reproduction sont liés à la disponibilité de ressources énergétiques. Des exemples extrêmes de cela incluent les migrations de gnous, de caribous ou de locustes.



Dans ce cas, d’énormes groupes d’individus migrent sur de grandes distances pour synchroniser leur reproduction avec la disponibilité des ressources.

Dans d’autres cas, comme le kakapo néo-zélandais, la période de reproduction n’a lieu que tous les 2 à 5 ans, lorsque les fruits nécessaires à l’alimentation des poussins sont suffisamment abondants.



Le rôle de la nutrition dans le développement du cerveau est également lié au succès reproducteur. Une hypothèse sur les chants complexes des oiseaux est qu’ils sont apparus comme démonstration d’une capacité cognitive supérieure.

Un répertoire complexe peut signaler à une femelle que le mâle a été bien nourri pendant le développement et a ainsi pu développer ses capacités cognitives.



Alternativement, ça peut également signaler que le mâle possède des gènes suffisamment bons pour diriger un bon développement du cerveau, indépendamment des possibles perturbations nutritionnelles dans l’environnement.

Ce qui est vrai pour le chant l’est également pour d’autres caractéristiques. Les caroténoïdes, par exemple, sont des pigments colorés amplement utilisés dans la communication visuelle aviaire.

Les oiseaux ne peuvent pas synthétiser ces composants et doivent les obtenir à partir de l’alimentation. Ainsi une coloration vive peut également signaler une bonne alimentation.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/j.1600-048X.2009.04861.x

D’autres expériences ont démontré que l’exposition à la prédation peut altérer la balance des macronutriments requis par les animaux.

On a notamment montré, chez des sauterelles, que la présence d’araignées induisait un choix vers un régime plus riche en glucides et moins riche en protéines. La raison : la présence d’araignées augmente de 32% l’activité métabolique des sauterelles.

https://www.pnas.org/content/107/35/15503.short

On pourrait continuer ainsi indéfiniment. L’idée est de montrer à quel point la nutrition joue un rôle crucial dans la balance des écosystèmes.

2. La nutrition est complexe

Pour certains animaux, le lien à la nutrition semble très direct. De nombreuses espèces de papillons, par exemple, ne se nourrissent que d’un seul type de nectar, qui consiste essentiellement en eau et sucres.

Pour ces espèces, la nutrition consiste simplement à équilibrer les apports et les dépenses en glucides. La plupart des animaux, cependant, doivent trouver des ressources plus complexes : acides aminés, vitamines, minéraux…

Mais même comme ça, la nutrition peut être simple, si la source de nourriture possède tous les nutriments requis. C’est généralement le cas des prédateurs. Ils se nourrissent d’aliments dont la composition est semblable à la leur (i.e. des corps d’animaux).

Le défi pour les prédateurs est d’attraper suffisamment de proies pour satisfaire ces besoins. Cependant, si on regarde de plus près, même ces cas qui paraissent simples sont bien plus complexes.

Par exemple, chez les papillons, la tâche d’acquérir toute une panoplie de différents nutriments s’effectue au stade chenille. L’adulte ne fait que consommer les réserves accumulées lors du stade larvaire.

Pour une chenille, il faut donc assurer la tâche complexe de garantir les besoins immédiats, mais également de stocker les réserves pour la vie adulte. Certains insectes, comme les Tipules, cessent carrément de s’alimenter au stade adulte.

Pour les prédateurs, les choses sont bien plus complexes. Ainsi, la composition des proies peut être largement variable et les besoins également.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1461-0248.2004.00641.x?casa_token=nTmFM-tTe9gAAAAA%3AMK6GvvKmfkw9SRLLliWMLWqEv9mVu1YUcBtRMWE6OF1CUgiPDMdEUxZDdWKXo9M9CRcHfvCJCpse7L4o

En général, aboutir à un équilibre nutritionnel implique un dialogue complexe entre des aliments et des besoins énergétiques variables. Les aliments sont des assemblages complexes de différents nutriments.

Certains sont nécessaires à la vie de l’animal, d’autres sont dangereux et devraient être évités (par exemple des composés anti-prédation produits par des plantes et animaux).

https://academic.oup.com/icb/article/49/3/291/677076

De plus, certaines toxines peuvent être bénéfiques à de très faibles concentrations et les nutriments peuvent être toxiques s’ils sont ingérés en excès. La quantité d’un nutriment X qui peut être ingérée dépend en fait de la quantité qu’on peut ingérer d’un nutriment Y.

Par exemple, si l’aliment contient peu de protéines et beaucoup de glucides, alors la capacité de l’animal de satisfaire ses besoins en protéines dépendra de sa capacité à ingérer des glucides en excès.

Inversement, sa capacité à éviter un surdosage de glucides dépendra de sa capacité à supporter une carence en protéines.

3. La complexité nutritionnelle : suffisamment mais pas beaucoup

Les études détaillées sur les nutritions humaine et animale ont permis d’établir des recommandations nutritionnelles, de formuler des croquettes adaptées aux animaux… Malheureusement, un tel niveau de compréhension n’a été achevé que pour un très faible nombre d’espèces.

D’un point de vue écologique, on a notamment démontré qu’une carence en protéines limite le succès reproducteur des espèces. Ceci a permis de développer la théorie de la stratégie optimale de recherche de la nourriture, par Mac-Arthur et Pianka en 1966.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Strat%C3%A9gie_optimale_de_recherche_de_la_nourriture

Cette théorie part du principe que la recherche de nourriture a évolué par sélection naturelle pour optimiser le gain nutritionnel tout en minimisant les coûts tels que le temps pour trouver une source de nourriture et l’exposition à la prédation.

Une autre approche est celle de l’écologie stœchiométrique, développée par Sterner et Elser en 2002.

https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89cologie_stoechiom%C3%A9trique

Il vaut mieux expliquer cette théorie avec un exemple. Les brebis ne nourrissent de plantes qui contiennent de fortes concentrations en carbone par rapport à l’azote et au phosphore (fort C:N:P).

Afin de grandir et se développer, les tissus d’une brebis nécessitent un rapport C:N:P plus faible que celui de l’aliment ingéré.

La croissance de l’organisme est donc limitée en cas de stœchiométrie déséquilibrée, c’est-à-dire un déséquilibre dans les proportions de ces éléments chimiques dans les aliments.

Contrairement à la théorie précédente, la théorie stœchiométrique raisonne sur les éléments chimiques.



Voilà, on a posé les bases de tout ça. Il faudra donc comprendre par la suite la géométrie de la nutrition.


Filipe De Vadder

Chercheur padawan - Du metal et de la science