Pêcher un paradoxe alimentaire

Golcher-Benavides et Wagner ont maintenant signalé qu'une observation fortuite du comportement des poissons, réalisée lors d'une étude sous-marine le long de la côte est du lac Tanganyika en Tanzanie, a été rapportée.. Leurs observations relient parfaitement des données de laboratoire datant de 40 ans et un modèle d'évolution basé sur une idée connue sous le nom de théorie optimale de l'alimentation.

L’événement fortuit s’est produit lorsque Golcher-Benavides était en plongée avec un collègue tanzanien, George Kazumbe, en train d’étudier l’espèce présente dans une région perpendiculaire au rivage du lac. Ils ont vu devant eux, étincelant entre la surface du lac et son fond rocheux, une immense école de sardines juvéniles, estimée à au moins 50 000 individus. La séquence vidéo de cet événement montre ce qui s'est passé lorsque les sardines ont rencontré des poissons appartenant à un groupe appelé les cichlidés.

Il y a environ 250 espèces de poissons cichlidés dans le lac Tanganyika. Ces espèces représentent des poissons ayant une grande variété de spécialisations en alimentation, y compris celles qui ont évolué de manière à pouvoir cibler un seul type de proie.^–, ainsi que des poissons capables de manger diverses sources de nourriture. Les formes et les caractéristiques des têtes de certaines espèces de cichlidés témoignent de l'adaptation adaptée à leur source de nourriture particulière (Fig. 1).

Un exemple d’espèce de cichlidés ayant développé une spécialisation alimentaire est: Perissodus microlepis. Ce poisson a une tête incurvée et quand il nage à côté d'un poisson plus gros, il peut soudainement attaquer et arracher une gorgée d'écailles.. La population de cette espèce est partagée entre des poissons dont la tête est courbée à gauche pour attaquer le côté droit de sa proie, et des poissons dont la tête est penchée vers la droite pour permettre un assaut du côté gauche de la proie. Les autres spécialités alimentaires des cichlidés comprennent celles pour racler les algues des roches., mordant les yeux des autres poissons, et engloutissant des œufs sortis de la bouche de parents qui couvent.

On pensait que ces spécialisations alimentaires permettaient de cibler des sources de nourriture spécifiques comme moyen de gérer une concurrence intense pour la nourriture. Cependant, à la fin des années 1970 et au début des années 1980, le biologiste Karel Liem a effectué des enregistrements musculaires de cichlidés lors de la capture de proies en laboratoire.. Celles-ci ont montré que certains cichlidés spécialisés conservent la capacité d'effectuer les mouvements nécessaires pour capturer toute une gamme de proies. Liem a donc affirmé qu’il était paradoxal (à présent appelé paradoxe de Liem) qu’un poisson mieux adapté à un seul type de proie puisse être un homme à tout faire.

Mais si la spécialisation ne comporte aucune pénalité en termes de limitation du type de nourriture qu'un poisson peut manger, il devrait y avoir peu de besoin de spécialisation motivé par la concurrence. Le paradoxe de Liem a suscité le scepticisme, car il semblait contredire un principe fondamental de l’évolution: les écologistes considèrent la concurrence pour l’alimentation comme un facteur clé des processus de sélection évolutifs.

Pour tenter de résoudre ce débat, les biologistes de l'évolution, Beren Robinson et David Wilson, ont développé un modèle mathématique décrivant comment la spécialisation en alimentation pourrait offrir un avantage concurrentiel. Leur modélisation a suggéré que de rares périodes de pénurie alimentaire pourraient conduire à l'évolution d'une forme corporelle ayant une capacité alimentaire spécialisée, tout en laissant intacte la capacité de manger d'autres proies faciles et facilement disponibles. Cette hypothèse, basée sur la théorie de la recherche optimale de nourriture, montre comment la concurrence pourrait toujours jouer un rôle dans l’explication du paradoxe de Liem. Cela faisait une distinction entre polyvalence et spécialisation – même si une certaine forme de tête avait évolué au cours de la sélection naturelle pour cibler un type de proie spécifique, cette forme de tête pouvait encore bien fonctionner pour capturer un large éventail de proies faciles.

Le cadre théorique de Robinson et Wilson a fourni un aperçu crucial du paradoxe de Liem, qui concorde avec les preuves indiquant que les régimes alimentaires des poissons qui diffèrent par leur forme peuvent encore largement se chevaucher.. Cependant, il existe une asymétrie dans les compromis entre la manipulation des aliments et la compétitivité: acquérir la capacité de cibler un aliment diététique à faible rapport coûtant cher peut coûter peu en termes de consommation de proie facile à rendement élevé, mais si un tel changement entraînait une perte de la capacité de manger une proie facile, il serait coûteux pour le prédateur. Les empreintes digitales de la sélection évolutive sur la forme de la tête du poisson doivent refléter la nécessité d’acquérir les denrées alimentaires rares qui nourrissent une espèce en des temps difficiles, et non des articles représentant des aliments de base ou des chablis.

Dans quelle mesure ces théories reflètent-elles ce qui se passe dans la nature? Seuls des résultats limités ont été rapportés jusqu'à présent. Par exemple, il est prouvé que le régime alimentaire de deux espèces de cichlidés racleurs d’algues comprend plus que de simples algues.. Le rapport Golcher-Benavides et Wagner fournit à présent une preuve détaillée de ce qui se passe lorsque les spécialistes rencontrent des proies faciles et abondantes, sous forme de sardines, qu’ils ne sont pas spécialisés. Les chercheurs ont estimé qu'environ 870 cichlidés appartenant à 31 espèces se nourrissaient de sardines. Les cichlidés avaient abandonné la proie sur laquelle ils se sont spécialisés pour se nourrir au profit de ces cueillettes faciles. Certains des cichlidés observés par les auteurs – qui ne mangent normalement que des écailles de poisson ou des yeux, ou les biofilms (constitués d’organismes tels que des bactéries et des algues) qui s'accumulent sur des roches submergées – se régalaient de sardines en revenant à leur juvénile mode d'alimentation.

Les cichlidés identifiés lors de la rencontre avec les sardines se répartissaient en dix groupes, correspondant à leur mode d'alimentation typique. Des poissons de huit des groupes ont attaqué les sardines avec enthousiasme, mais les cichlidés en deux groupes semblaient avoir fait un trop grand compromis en matière de spécialisation et ont manqué le festin. En particulier, les cichlidés qui avaient une bouche fortement orientée vers le bas ou «tricuspide», se brossant les algues, ne prenaient pas la collation à la sardine.

Cette observation unique fournit un support basé sur le terrain pour une théorie issue d'observations expérimentales. Cela démontre également l'importance du naturaliste bien formé et préparé mentalement, capable d'intégrer des observations du monde réel dans un cadre englobant la littérature scientifique et l'expérience personnelle.