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Nutrition, reproduction et durée de vie


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

Les posts précédents sont disponibles ici:

https://share.miple.co/content/J2rWG9rChpdJT

https://share.miple.co/content/Kt0OhN2QWAz9V

[THE NATURE OF NUTRITION 3] Chapter 4: Less Food, Less Sex, Live Longer?

En 1935, Clive McCay et ses collègues à l’université Cornell ont publié les résultats d’une étude où ils ont restreint la quantité de nourriture donnée à des rats de laboratoire.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2520283/

Comment vit-on plus longtemps?

Le but de l’étude était de comprendre les effets de la malnutrition et du retard de croissance. De façon surprenante pour les auteurs, les rats ayant une restriction calorique avaient une durée de vie supérieure aux rats ayant accès à la nourriture de façon illimitée.



Depuis cette publication, on a répliqué ces résultats chez de nombreuses espèces, de la drosophile à C. elegans. On attend toujours des résultats chez les humains, mais tapez « calorie restriction » sur Google et vous verrez qu’on vous promet une vie longue et prospère.

Alors, comment ça marche ? Communément, on parle de restriction calorique lorsqu’on limite les apports énergétiques, quelle que soit la source de ces calories. Pourtant, est-ce un effet de calories ou de nutriments spécifiques ?

Les études de géométrie nutritionnelle présentés précédemment possèdent justement l’avantage de séparer l’effet calorique de l’effet nutritionnel. En 2008, Lee et ses collègues ont effectué de telles recherches sur un modèle qui se prête très bien, Drosophila melanogaster.

L’étude a été inspirée par une étude précédente, montrant que la durée de vie de la mouche était plus impactée par le contenu en levure du régime (donc en protéines) que par la densité calorique.

https://www.pnas.org/content/105/7/2498

Un grand avantage des drosophiles est que leur régime est très simple, essentiellement composé de protéines et de glucides (très peu de graisses). On peut donc effectuer des études géométriques en deux dimensions en ayant accès à la totalité des macronutriments.

Un autre avantage est que leur durée de vie est limitée (moins de trois mois). Par contre, il faut pouvoir mesurer la prise alimentaire des mouches et là ça se complique.

Ce qu’on fait Lee et ses collègues c’est qu’ils ont nourri les mouches avec de la nourriture liquide dans des capillaires de 5 µL. Il "suffisait" alors de mesurer la position du ménisque pour évaluer la prise alimentaire des mouches.



Les chercheurs ont donné à plus de 1000 mouches une combinaison de 28 régimes différents, avec différentes concentrations en levure et en sucres.

Comme expliqué dans le thread précédent, les auteurs ont cherché quel était le régime qui plaçait la drosophile dans un pic du paysage adaptatif. Autrement dit, dans quelles conditions la drosophile allait choisir un régime ou un autre.

Si on place une mouche sur un régime plus riche en glucides et moins en protéines, sa durée de vie augmente. Par contre, un régime riche en protéines augmente son succès reproducteur mais réduit sa durée de vie.

Si l’on laisse la mouche choisir entre ses deux régimes, elle choisira plutôt un régime qui augmentera son succès reproducteur, au détriment de la durée de vie. Il semble que ce sont bien les protéines qui jouent ce rôle important sur le succès reproducteur.

On va d’abord s’intéresser à une étude sur le grillon Teleogryllus commodus.

Des grillons mâles et femelles ont été nourris avec 24 régimes différents et chimiquement définis (i.e. avec des composés nutritionnels purs et contrôlés), variant dans le contenu de protéines et de glucides.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982208008166

Tout comme les mouches, la durée de vie des grillons était réduite progressivement au fur et à mesure que le ratio protéines/glucides augmentait au-delà d’un seuil optimal.

La réduction de la durée de vie associée à une augmentation du ratio protéines/glucides peut être observée au-delà de l’individu, comme on observe chez les insectes sociaux.

Je vais ici vous parler des travaux de post-doc d'Audrey Dussoutour, une très grande femme scientifique française.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Audrey_Dussutour

Pendant son post-doctorat, Audrey Dussutour a étudié les effets des régimes chimiquement définis sur des colonies de fourmis.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982209008185

Cette étude a montré que les fourmis étudiées, des Rhytidoponera sp., peuvent résoudre des défis nutritionnels en ajustant leur comportement alimentaire, agissant comme une bouche et un intestin collectifs.

Le facteur régulant cette variation était la présence de larves dans la colonie. Les fourmis amélioraient ainsi la balance nutritionnelle des nutriments récoltés en augmentant l’extraction des glucides.

Cependant, l’extraction des protéines en excès réduisait la durée de vie, ce qui n’était pas le cas en présence de larves. Ainsi, les larves permettent de transmettre des informations nutritionnelles aux ouvrières.

Les larves peuvent en effet bien digérer les protéines, alors que les ouvrières, notamment en raison de leur anatomie, digèrent assez mal les protéines. À l'échelle de la colonie, les larves jouent donc un véritable rôle digestif.

Les résultats des études sur les insectes tendent à montrer que ce n’est pas la restriction calorique per se qui a un effet sur l’allongement de la durée de vie. C’est plutôt le ratio protéines/glucides qui joue un rôle crucial (et notamment l’acide aminé méthionine).

Comment ça marche ? En gros il s’agit de 2 voies de signalisation, la voie TOR et la voie AMPK, qui sont activées par différentes concentrations d’acides aminés et de glucides. Si vous voulez rentrer dans les détails, c’est par là :

(Figure tirée de https://www.aging-us.com/article/100098/text)

Et la reproduction dans tout ça ? Moins de sexe pour vivre plus longtemps ?

Vivre suffisamment longtemps pour se reproduire peut être considéré comme la « raison d’être » des organismes. Ce n’est donc pas une surprise que quand les ressources alimentaires sont déficitaires, la fonction reproductive est l’une des premières à être impactée.

Certains organismes peuvent vivre jusqu’à 10 à 100 fois plus longtemps (dans le cas d’organismes pouvant ralentir leur métabolisme de façon exceptionnelle) s’ils ne se reproduisent pas que s’ils se reproduisent tôt dans la vie.

Il semble donc qu’il existe une balance entre reproduction et durée de vie, une sorte de compétition pour les ressources. Dans le cas où les ressources sont limitées, elles sont utilisées en premier lieu pour maintenir et réparer l’organisme.

Ceci augmente les possibilités que l’individu vive suffisamment longtemps pour se reproduire. À l’inverse, lorsque les ressources sont excédentaires, la fonction de reproduction va être favorisée, réduisant la durée de vie.

Tatar et O’Brien ont même émis l’hypothèse que la reproduction en elle-même a des effets secondaires qui réduisent la durée de vie.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982208000675

Ces modèles semblent montrer qu’une capacité reproductrice maximale et une durée de vie maximale sont mutuellement exclusives. Soit l’un, soit l’autre.

Revenons aux études sur les grillons.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1474-9726.2009.00479.x

Les femelles atteignent le pic dans le nombre d’œufs déposés assez tôt dans leur vie, avec une capacité reproductive qui décline vers la fin de vie.

Au contraire, les mâles augmentent leur effort de chant (pour attirer les femelles), qui ne décline qu’à partir d’un âge qu’ils n’atteignent pas dans la nature. Dans la nature, les mâles augmentent donc leur capacité reproductrice tout au long de leur vie.



Ces résultats montrent donc que la sélection sexuelle est aussi importante que la mortalité liée au sexe dans la mise en place de la capacité reproductrice des criquets.

Revenons à la théorie de l’exclusivité mutuelle entre reproduction et durée de vie. En 2009, une étude publiée dans Nature a revu cette hypothèse chez la drosophile.

https://www.nature.com/articles/nature08619

Lorsque le ratio protéines/glucides (P/G) est faible, les mouches pondent peu d’œufs et vivent plus longtemps que lorsque le ratio protéines/glucides est fort.

De même, lorsque des acides aminés essentiels sont ajoutés à une condition P/G faible, les mouches augmentent la production d’œufs mais réduisent leur durée de vie. Jusque-là tout semble normal.

Cependant, si la condition P/G est supplémentée UNIQUEMENT EN MÉTHIONINE, les mouches pondent plus ET vivent plus longtemps.

La méthionine seule ne permet pas d’augmenter la durée de vie (notamment parce que les mouches ont besoin d’autres acides aminés), mais l’enrichissement en méthionine était suffisant pour augmenter la fécondité.

De cette façon, une fécondité et une longévité maximales peuvent coexister dans certaines conditions, invalidant la théorie d’une exclusivité mutuelle.

En conclusion, il semblerait que ce ne sont pas les calories per se qui ont un effet sur l’allongement de la durée de vie, mais plutôt la balance protéines/non protéines (encore un problème de géométrie nutritionnelle).

Alors qu’on a longtemps considéré la reproduction et la durée de vie comme deux résultats exclusifs, il semble que cette hypothèse soit trop simple et ne prenne pas en compte la complexité de l’alimentation.


Filipe De Vadder

Chercheur padawan - Du metal et de la science