La chaleur d’une puce d’eau : une nouvelle méthode de détermination du taux métabolique des invertébrés de petite taille

Dès la fin du 18ème siècle, Lavoisier mesurait le « feu de la vie » en quantifiant la chaleur produite par un cochon d’Inde au moyen d’une enceinte composée de blocs de glace dont la fonte était proportionnelle à la chaleur produite par l’animal.

Encore aujourd’hui, l’étude du métabolisme reste un élément clef à la base de nombreux concepts fondamentaux en écologie, tout en suscitant encore beaucoup de débats. Ainsi, la théorie métabolique de l’écologie (TME) considère que le coût énergétique nécessaire au maintien de la vie des espèces ou des organismes, en lien étroit avec leurs masses, est le facteur prépondérant de la structuration des communautés d’organismes et, in fine, du fonctionnement des écosystèmes. Par opposition, des approches telles que la stœchiométrie écologique (SE) stipulent que ce sont les déséquilibres entre les apports de carbone et d’autres éléments chimiques (par exemple l’azote ou le phosphore) qui vont structurer l’écosystème. Bien qu’un nombre croissant d’études tente de relier ces deux approches, les chercheurs se heurtent toujours à des écueils techniques et des verrous d’ordre méthodologique, notamment pour mesurer précisément les taux métaboliques des organismes. En effet, les organismes modèles de la SE ne sont pas des cochons d’Inde mais des insectes ou des crustacés de seulement quelques microgrammes.

Une approche pluridisciplinaire menée au LMGE, de l’Université Clermont Auvergne, en partenariat avec le LIEC, de l’Université de Lorraine, alliant chimie, physique et écologie a permis de mettre au point une méthode par microcalorimétrie permettant de mesurer la chaleur émise par d’aussi petits organismes avec une précision inégalée. L’appareil de microcalorimétrie utilisé permet en effet la mesure des flux de chaleur entre une micro-enceinte expérimentale et le bain thermo-régulé qui l’entoure avec une finesse de mesure allant jusqu’à quelques microwatts. Bien que généralement utilisée pour caractériser des cinétiques de réactions chimiques, cette méthode démontre ici son efficacité pour déterminer les flux de chaleurs générés par de petits organismes placés dans les micro-enceintes de l’appareil. Dans le cadre de notre étude, différents individus issus d’une même lignée clonale de Daphnia, microcrustacé modèle en écologie aquatique, ont été élevés avec des nourritures de qualité variable avant d’être soumis à des mesures en microcalorimétrie. Il a ainsi été démontré qu’une alimentation déséquilibrée en carbone augmente de 25% les dépenses énergétiques de Daphnia, réduisant d’autant l’énergie pouvant être allouée à sa croissance. Le développement de cette méthode dans le domaine de l’écologie permettrait une meilleure compréhension des coûts énergétiques et des processus métaboliques liés aux interactions entre un organisme et son environnement.

Autre laboratoire partenaire

• Laboratoire interdisciplinaire des Environnements continentaux (Université de Lorraine)