Qui mange quoi ou qui sous nos pieds ? Les écologues du sol mènent l’enquête.

Amandine Erktan 1, Melanie M. Pollierer 1 et Stefan Scheu 1,2*

1 Institut de zoologie et d’anthropologie J.F. Blumenbach, Université de Göttingen, Göttingen, Allemagne2 Centre de la biodiversité et de l’utilisation durable des terres, Université de Göttingen, Göttingen, Allemagne

As-tu déjà remarqué qu’il n’y avait jamais de tas de feuilles mortes dans les forêts ? On peut grandement remercier la minuscule équipe de nettoyage et de recyclage qui vit dans les sols. Cette équipe se nourrit d’organismes morts qu’elle recycle en les mangeant, tout simplement. Savoir qui mange quoi ou qui dans les sols est essentiel pour comprendre ce système de recyclage. Ceci n’est pas une mince affaire car de nombreux animaux du sol sont minuscules, se cachent et sont évidemment incapables de nous dire ce qu’ils viennent de manger ! Pour contourner ces difficultés, les spécialistes de l’écologie des sols (les écologues des sols) ont mis au point une méthode particulière. Ils recherchent des marqueurs propres aux bactéries, aux champignons et aux végétaux dans la graisse des animaux, ce qui leur permet de reconnaître la nourriture qui a été consommée. Pour certains animaux les sources de nourriture sont très variées alors que d’autres ont un régime alimentaire bien plus restreint. De nombreux organismes ont développé des stratégies étonnantes pour se nourrir dans le sol. Pas facile de s’y retrouver dans ce labyrinthe obscur…

EN QUOI EST-IL IMPORTANT DE COMPRENDRE QUI MANGE QUOI OU QUI DANS LES SOLS ?

As-tu déjà remarqué qu’il n’y avait jamais de tas de feuilles dans les forêts ? De même, il est extrêmement rare de tomber sur un animal mort gisant au beau milieu de la forêt. D’où notre interrogation : « Qui nettoie donc le sol de nos forêts ? ». Dans les villes, les agents d’entretien s’occupent de déblayer les feuilles mortes. Dans la forêt, ce travail revient à notre minuscule équipe de recyclage vivant dans le sol. Les organismes morts sont une source de nourriture pour ces petites bêtes du sol, qui recyclent les feuilles et autres débris en les mangeant, tout simplement. En déféquant (c’est-à-dire en faisant leur besoin), les animaux du sol libèrent des nutriments dont se servent les plantes pour pousser ou sont à leur tour mangés par des animaux plus gros, permettant ainsi à ceux-ci de se développer. Ce processus permet de recycler les nutriments et est essentiel pour le développement des plantes. Ce recyclage est également fondamental pour les humains étant donné tout ce qui provient des plantes, qu’il s’agisse de légumes, de céréales ou de fruits, ou encore du bois que l’on utilise pour fabriquer des meubles ou des maisons. Savoir qui mange quoi dans le sol est essentiel pour comprendre cet extraordinaire système de recyclage.

QUEL TYPE DE NOURRITURE TROUVE-T-ON DANS LE SOL ET QU’EST-CE QUE LE RÉSEAU TROPHIQUE DU SOL ?

Quel type de nourriture trouve-t-on dans le sol ? Tu ne trouveras jamais un plat de spaghetti à la bolognaise en creusant le sol d’une forêt… Nous ne parlons évidemment pas de ce genre de nourriture ! Les sources de nourriture de base que l’on trouve dans le sol sont les tissus morts provenant de plantes et d’autres organismes (feuilles mortes ou organismes morts de toutes tailles), et les racines (figure 1A). Ces sources de nourriture de base sont principalement consommées par les bactéries et les champignons, que l’on appelle des consommateurs primaires. Les bactéries et les champignons servent à leur tour de nourriture à de plus grands organismes comme les protistes, les nématodes, les collemboles ou encore les acariens (taille de 0,1 à 2 mm environ ; figure 1). Ces organismes sont ensuite mangés par de plus grands prédateurs (de quelques millimètres), des millepattes ou des araignées, entre autres (figure 1B). Les vers de terre se nourrissent également essentiellement de bactéries et de champignons, mais ils ont une technique un peu particulière étant donné qu’ils les avalent en mangeant de la terre (figure 1B). C’est un peu comme si tu mangeais la nourriture qu’il y a dans ton assiette et l’assiette avec !

Même si certains animaux du sol, comme les collemboles et les nématodes, se nourrissent principalement de petites créatures vivantes, comme les bactéries et les champignons, ils peuvent également manger des tissus végétaux, en particulier les racines ou le liquide nutritif qu’elles sécrètent. De manière générale, le sol regorge de ressources, qu’il s’agisse de tissus provenant d’animaux ou de plantes ou d’organismes vivants ou morts, sachant que la plupart des organismes peuplant les sols ne se contentent pas d’une seule source de nourriture. Toutes ces relations d’interdépendance qui définissent qui mange qui ou quoi forment ce que l’on appelle le réseau trophique du sol (figure 1A).

COMMENT ÉTUDIE-T-ON LE RÉSEAU TROPHIQUE DU SOL ?

Malgré toutes les études menées depuis des dizaines d’années, les scientifiques en savent peu sur la façon dont les relations alimentaires (qui mange qui ou quoi) s’organisent dans le sol. Cela est dû à la taille de ces petites bêtes et au fait qu’elles vivent cachées dans le sol, sans parler de leur incapacité à nous dire ce qu’elles ont mangé ! Pour savoir qui mange quoi dans les sols, les scientifiques doivent se changer en véritables détectives. Ils et elles ont d’ailleurs mis au point une étrange méthode qui consiste à examiner la graisse des animaux du sol (figure 2). Le fait de manger apporte de l’énergie aux êtres vivants et leur permet de se développer et de bouger. Cependant, notre corps n’utilise pas toute cette énergie en une seule fois. Il la stocke pour pouvoir l’utiliser lorsqu’il en aura besoin. Comment cette énergie est-elle stockée ? Si ce que nous mangeons apporte plus d’énergie que ce dont nous avons besoin sur le moment, notre corps fabriquera des tissus graisseux qui serviront à stocker ce surplus d’énergie. Cette graisse sera ensuite « brûlée » en énergie au moment où nous en avons besoin. Pour les animaux et les humains, il est en fait plus facile d’extraire les graisses contenues dans la nourriture et de la stocker que de fabriquer de nouvelles graisses. La bonne nouvelle est qu’il existe différents types de graisses. Les bactéries, les champignons et les végétaux ne produisent pas les mêmes types de graisse. Or les scientifiques sont capables de retrouver des marqueurs d’acides gras chez les animaux qui se nourrissent de bactéries, de champignons ou de végétaux [1]. Il est donc possible de déterminer si les graisses stockées chez un animal proviennent d’une bactérie, d’un champignon ou d’une plante et donc de savoir ce qu’il a mangé.

Figure 2 : Les acides gras prélevés (extraits) sur les organismes du sol permettent de déterminer leur régime alimentaire. (A) Les graisses qui circulent dans le corps des animaux du sol varient en fonction des sources de nourriture (bactéries, champignons, feuilles mortes) qu’ils consomment. (B) Les graisses prélevées chez ces animaux sont appelées les acides gras. (C) Ces acides gras vont ensuite être analysés à l’aide d’un instrument appelé le chromatographe en phase gazeuse. Les données recueillies grâce à cet instrument permettent de savoir quel type d’aliment l’animal a mangé.

ESPÈCES GÉNÉRALISTES CONTRE ESPÈCES SPÉCIALISTES

En étudiant les graisses trouvées chez les animaux du sol, les scientifiques ont découvert que de nombreux collemboles préfèrent les champignons même s’ils se nourrissent également de bactéries et de plantes. Le fait qu’ils aient recours à différentes sources de nourriture en fait une espèce généraliste [2]. Cela signifie aussi que tu n’auras pas de mal à leur faire plaisir si tu les invites à dîner! À l’inverse, les espèces spécialistes ne consomment généralement qu’une sorte d’aliments. Par exemple, certains nématodes préfèrent manger des bactéries alors que d’autres préfèrent les champignons. Figure-toi que certains nématodes prédateurs mangent d’autres nématodes ! La forme de la bouche des nématodes varie en fonction de la classe à laquelle ils appartiennent. Elle dépend du type d’aliments qu’ils consomment.

POURQUOI EST-CE DIFFÉRENT DE SE NOURRIR DANS LE SOL ?

Il fait noir sous nos pieds. As-tu déjà essayé de prendre ton repas dans le noir ? Ce n’est pas si facile de retrouver sa nourriture. Les animaux du sol ont le même problème. Les yeux ne servent à rien lorsque l’on vit sous terre, c’est d’ailleurs la raison pour laquelle de nombreux animaux du sol n’en ont pas. Par contre, la plupart des animaux du sol ont un excellent « nez ». Par exemple, les nématodes, les collemboles et les vers de terre sont particulièrement doués pour trouver de la nourriture grâce à leur odorat. Cela leur permet de savoir où elle se trouve et donc d’aller la chercher. Les nématodes sont capables de « sentir » des bactéries jusqu’à 50 cm de distance, et les atteignent en 2 semaines [3]. C’est une distance énorme pour ces tout petits vers dont la longueur ne dépasse généralement pas les quelques centaines de microns (1 micron = 0,001 mm ; pour te donner une idée de ce que cela représente, sache qu’un cheveu humain a une épaisseur de 100 microns). En fait, c’est comme si les humains étaient capables de sentir un aliment à 70 km de distance !

De plus, non seulement il fait noir sous la terre, mais c’est aussi un vrai labyrinthe au travers duquel il est difficile de se déplacer. On peut comparer le sol à une éponge faite de trous de toutes les tailles. Les plus petits organismes, les micro-organismes comme les bactéries, qui mesurent entre 1 et 2 microns, se « cachent » dans les petits trous. Nous savons, par exemple, que les protistes (figure 1) sont incapables d’atteindre leurs proies, les bactéries, si celles-ci s’abritent dans des trous de moins de 2 à 3 microns [4] (figure 3A). De même, les nématodes ne peuvent pas manger les bactéries qui se trouvent dans des trous dont l’ouverture est inférieure à 30 microns [4] (figure 3A). Dans le sol, plus les trous sont petits, plus la situation est favorable aux bactéries : cela leur permet de se cacher et d’éviter de se faire attraper et manger par leurs prédateurs. Cependant, les prédateurs ont développé des stratégies pour contourner ces obstacles. Par exemple, les amibes, qui appartiennent au groupe des protistes, ont des corps mous et sont donc capables de changer de forme comme elles le souhaitent (figure 3B). Elles peuvent étendre leur « bras », à la fois très long et très fin, pour attraper des bactéries cachées dans des trous minuscules dans le sol [5]. Les collemboles usent d’une stratégie différente : ils mangent simplement toute sorte d’aliments. C’est une espèce généraliste. Ils se nourrissent aussi bien de bactéries et de champignons que de feuilles mortes et de nématodes (figure 3C). Ils mangent l’un ou l’autre type de nourriture en fonction de ce qu’ils trouvent en rampant au travers des petits trous sous la terre. Cette facilité à s’adapter leur permet de trouver de la nourriture tous les jours. Les vers de terre ont également peu de difficultés à accéder à la nourriture du sol. En effet, ces animaux ingèrent directement la terre, ce qui leur permet de chercher et de trouver facilement leur nourriture malgré le labyrinthe dans lequel ils vivent (figure 3D). De plus, ils digèrent aussi bien les bactéries et les champignons que la matière végétale en décomposition contenue dans la terre qu’ils mangent. Lorsque les vers de terre font leur besoin, les résidus non digérés forment des petits amas de terre.

Figure 1 : Organismes généralement présents dans le réseau trophique du sol. (A) Un réseau trophique regroupe des sources de nourriture de base (des racines de plantes et des organismes morts, par exemple), des consommateurs primaires et secondaires et quelques prédateurs. Les flèches indiquent qui mange qui ou quoi. Remarque : les consommateurs primaires sont mangés par les consommateurs secondaires, qui sont eux-mêmes mangés par les prédateurs. (B) Exemples de consommateurs primaires, de consommateurs secondaires et de prédateurs qui peuplent les sols.

Figure 3 : Les animaux du sol ont développé certaines techniques pour parvenir à se nourrir malgré l’obscurité. (A) Le sol est fait de petits trous dans lesquels les micro-organismes du sol (nématodes, protistes et bactéries) se cachent pour se protéger de leurs prédateurs. (B) Les amibes (une espèce de protistes) étendent leur bras de 20 microns de long et de 1 micron d’épaisseur pour atteindre et attraper leurs proies, c’est-à-dire les bactéries cachées dans les petits trous du sol. (C) Les collemboles sont capables de recourir à différentes sources de nourriture, ce qui leur permet de se nourrir tous les jours. (D) Le vers de terre s’alimente en ingérant de la matière du sol et digère les bactéries et champignons contenus dans la matière qu’il a avalée. Il creuse ainsi des galeries dans le labyrinthe du sol, ce qui facilite son passage. Petit rappel : 1 micron est 1 000 fois plus petit que 1 mm.

S’ALIMENTER SOUS TERRE, UNE TOUT AUTRE HISTOIRE

S’alimenter sous terre c’est un peu comme chercher de la nourriture dans un labyrinthe dans le noir. Pour comprendre qui mange qui dans ce milieu obscur qui grouille sous nos pieds, les écologues du sol doivent se changer en véritables détectives et recourir à toute sorte de techniques compliquées, en forêt comme dans leurs laboratoires. Maintenant que tu sais combien il est compliqué de se nourrir pour les animaux du sol, tu ne les regarderas plus jamais de la même façon !

GLOSSAIRE

CONSOMMATEUR PRIMAIRE

Organismes se nourrissant directement de matière végétale morte.

RÉSEAU TROPHIQUE DU SOL

Réseau alimentaire regroupant des chaînes alimentaires dépendant les unes des autres qui permet de définir qui mange qui ou quoi dans les sols.

MARQUEURS D’ACIDES GRAS

Molécules de graisse qui proviennent d’une source d’aliment précise, c’est-à-dire d’une bactérie ou d’un champignon ici.

ESPÈCE GÉNÉRALISTE

Organismes du sol dont le régime alimentaire est très varié.

ESPÈCE SPÉCIALISTE

Organismes du sol consommant toujours le même type d’aliments.

REMERCIEMENTS

Cette recherche a été financée par la Commission européenne, dans le cadre de l’action Marie Skłodowska (bourse n o 750249) pour la recherche et l’innovation du Programe Horizon 2020. Nous tenons à remercier Audrey Marville pour les illustrations des animaux du sol.

RÉFÉRENCES

Ruess, L., and Chamberlain, P. M. 2010. The fat that matters: soil food web analysis using fatty acids and their carbon stable isotope signature. Soil Biol. Biochem. 42:1898–910. doi: 10.1016/j.soilbio.2010.07.020
Digel, C., Curtsdotter, A., Riede, J., Klarner, B., and Brose, U. 2014. Unravelling the complex structure of forest soil food webs: higher omnivory and more trophic levels. Oikos 123:1157–72. doi: 10.1111/oik.00865
Rasmann, S., Köllner, T. G., Degenhardt, J., Hiltpold, I., Toepfer, S., Kuhlmann, U., et al. 2005. Recruitment of entomopathogenic nematodes by insect-damaged maize roots. Nature 434:732. doi: 10.1038/nature03451
Rønn, R., Vestergård, M., and Ekelund, F. 2012. Interactions between bacteria, protozoa and nematodes in soil. Acta Protozool. 51:223–35. doi: 10.4467/16890027AP.12.018.0764
Foster, R. C., and Dormaar, J. F. 1991. Bacteria-grazing amoebae in situ in the rhizosphere. Biol. Fertil. Soils 11:83–7. doi: 10.1007/BF00336368

TRADUCTRICE

ANNE BOUDROT

FINANCEMENT (TRADUCTION)

L’équipe Translating Soil Biodiversity remercie le Centre allemand de recherche intégrative sur la biodiversité (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, financé par la Fondation allemande pour la recherche (DFG FZT 118, 202548816), pour son soutien financier.