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La géométrie nutritionnelle


Published
August 30, 2020

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

Le premier chapitre est ici: https://share.miple.co/content/J2rWG9rChpdJT

[THE NATURE OF NUTRITION 2] Chapter 2: The Geometry of Nutrition

Une approche en nutrition est de considérer qu’un facteur environnemental (énergie, contenu en protéines) et un attribut animal (par ex. la vitesse de la prise alimentaire ou le choix de l’aliment) dominent dans la relation entre les animaux et l’environnement nutritionnel.

Cependant, dans de nombreux cas, les questions sur la nutrition ne peuvent être répondues qu’en prenant une approche INTÉGRATIVE, càd qui prend en compte plusieurs attributs de l’environnement et de l’animal et étudie les interactions entre ces composantes.

La géométrie nutritionnelle a été introduite pour la première fois par Simpson et Raubenheimer en 1993 chez la locuste.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0003347283711140

Une approche intégrative doit représenter l’animal, l’environnement et les bases nutritionnelles d’interaction entre l’animal et l’environnement. De plus, cette approche doit prendre en compte un état constitué de plusieurs composants alimentaires.

Troisièmement, cette approche doit être ancrée avec une approche évolutive, càd que ces interactions auront des conséquences sur la survie de l’espèce (reproduction, développement, risque de mort prématurée), à l’échelle de l’individu et de la population.

Enfin, cette approche doit incorporer les bases nutritionnelles des interactions entre de nombreuses espèces.

BESOINS NUTRITIONNELS

Un aspect fondamental des interactions entre animaux et environnement est celui des besoins nutritionnels, c'est-à-dire la quantité et la proportion de nutriments à ingérer pour obtenir un bénéfice maximal.

Par exemple, si on connaît les besoins nutritionnels d’une espèce et la composition des aliments disponibles, on peut faire une prédiction de quels aliments cette espèce va manger et lesquels elle va éviter.

Si ce n’était pas le cas, il serait justifié de comprendre pourquoi on s’éloigne de la théorie. Si un animal persistait à ingérer des aliments qui ne répondaient pas à ses besoins, quelles seraient les conséquences à long terme? Obésité, reproduction affectée, etc.

Considérons deux axes : le contenu en protéines (abscisses) et le contenu en nutriments non protéiques (ordonnées). (Les images qui suivent sont tirées de https://doi.org/10.1016/j.jhep.2017.10.005)





Le point rouge montre le contenu hypothétique optimal qui devrait être ingéré de protéines et de contenus non protéiques (glucides + lipides).

Sauf dans des cas exceptionnels (lorsque l’animal lèche du sel par exemple), les nutriments ne sont pas seuls dans l’environnement mais présents dans un contexte complexe.

Ainsi, le fait de s’alimenter est représenté comme un changement de position dans le plan, où on atteint une autre position en partant de l’origine. Le défi des animaux est de choisir des aliments qui les amènent à la cible (point rouge).

Les aliments contenus dans les droites vertes ne sont pas équilibrés : ils contiennent soit trop de protéines, soit trop de glucides + lipides. En passant d’un aliment A à un aliment B pendant un repas, on peut ainsi atteindre la cible nutritionnelle.

Que se passe-t-il si on n’atteint pas cette cible ?

LES RÈGLES DE COMPROMIS

Des compromis doivent être trouvés entre les excèes d’un nutriment et le déficit d’un autre lorsque l’individu est sujet à un régime non équilibré (illustré ici par la ligne verte). Trois compromis sont montrés ici.



Le point bleu indique lorsque les contenus autres que protéiques sont priorisés et les sujets cessent de manger lorsque le contenu non protéique est atteint , aboutissant à un déficit de protéines.

Le point rouge représente lorsque le contenu protéique est priorisé, aboutissant à un excès de d’énergie non protéique afin d’atteindre l’abscisse protéique.

Le point gris montre lorsque le contenu énergétique (calories) est le même que le contenu cible, mais avec un ratio protéines/non protéines différent de celui de la cible.

On voit que, dans le cas où l'animal ingère un surplus de contenu non protéique, celui-ci a tendance à minimiser la distance entre le point cible et le point d'alimentation. On parle de ainsi de règle de DISTANCE LA PLUS PROCHE.

À l'inverse, dans les points à droite de la cible, l'animal se nourrit jusqu'au point où le manque de contenu non protéique égale l'excès de protéines. On parle de DISTANCE ÉGALE dans ce cas. Il s'agit ainsi des deux règles de compromis relatives à la nutrition.

Pourquoi les animaux adopteraient l'une ou l'autre règle de compromis? Eh bien, tout dépend de l'environnement de l'animal. Il faut prendre en compte qu'un animal n'utilise jamais 100% des nutriments ingérés. Une partie sera notamment perdue dans l'urine et les fèces.

Afin de répondre à ses véritables besoins, un animal va donc manger suffisamment pour atteindre la cible nutritionnelle + les pertes associées. Comment estimer les besoins nutritionnels?

On peut estimer que des centaines de millions d'années d'évolution ont façonné les animaux de sorte à ce que leur propre physiologie soit capable d'estimer les besoins. En représentant sur un graphique les quantités ingérées et les quantités excrétées on pourra avoir une idée.

(Source: https://www.jstor.org/stable/2390238?seq=1)

Dans ce cas, il n'y a pas de perte du nutriment hypothétique n par l'espèce 1 jusqu'au point où les besoins en n sont satisfaits (point NTn). Dans ce cas, les apports en n (ITn1) égalent les rejets.

L'espèce 2 a une physiologie où l'excrétion est grande pour des valeurs faibles de besoins en n, et a donc besoin d'augmenter sa prise alimentaire (ITn2) pour atteindre le point NTn.

Quelles sont les conséquences de cette dérégulation de la balance? Si on considère les choses sous une perspective darwinienne, l'individu qui va atteindre le plus rapidement sa cible alimentaire présentera un avantage par rapport à un autre individu.

On peut modéliser ça par des paysages adaptatifs: atteindre la cible nutritionnelle revient à se trouver au niveau du sommet d'un tel paysage.

Ainsi, en maximisant la prise alimentaire pour en tirer le meilleur bénéfice, les espèces favorisent leur développement et leur survie.


Filipe De Vadder

Chercheur padawan - Du metal et de la science