Symbiose : définition et exemples dans la nature

Sous vos pieds, à chaque pas dans une forêt, un réseau invisible relie les racines de presque tous les arbres à des champignons microscopiques. Ce réseau mycorhizien — que la biologiste Suzanne Simard a surnommé le « Wood Wide Web » — transporte des nutriments, du carbone et même des signaux chimiques d'arbre en arbre. Plus de 90 % des plantes terrestres vivent en association mycorhizienne (Smith & Read, Mycorrhizal Symbiosis, 2008). C'est l'un des exemples les plus spectaculaires de symbiose — une interaction biologique omniprésente dans le vivant, et pourtant longtemps sous-estimée par la science.

En résumé : en biologie, la symbiose désigne une association intime et durable entre deux organismes d'espèces différentes. Au sens strict (De Bary, 1879), elle englobe toutes les formes d'interactions prolongées, qu'elles soient bénéfiques, neutres ou néfastes pour les partenaires : mutualisme (bénéfice réciproque), commensalisme (bénéfice unilatéral sans dommage) et parasitisme (bénéfice de l'un au détriment de l'autre). Au sens courant, le terme est souvent restreint au mutualisme.

Le mot « symbiose » vient du grec sumbiôsis (« vie en commun »). Il a été introduit en biologie en 1879 par le botaniste allemand Heinrich Anton de Bary dans son ouvrage Die Erscheinung der Symbiose. De Bary définit la symbiose comme « l'association durable d'organismes d'espèces différentes » (das Zusammenleben ungleichnamiger Organismen).

Cette définition, dite au sens large, englobe toutes les interactions interspécifiques prolongées — y compris le parasitisme. C'est la définition retenue par la majorité des écologues contemporains. Dans le langage courant et dans certaines traditions scientifiques (notamment francophone), « symbiose » est souvent utilisé au sens restreint pour désigner uniquement les associations mutuellement bénéfiques (mutualisme).

Les trois grands types de symbiose

En réalité, ces catégories sont des points sur un continuum. Une interaction peut glisser du mutualisme au parasitisme selon les conditions environnementales : un champignon mycorhizien qui aide un arbre en sol pauvre peut devenir parasite si les nutriments sont abondants (Johnson et al., New Phytologist, 1997).

Les mycorhizes : le réseau souterrain du vivant

L'association entre les racines des plantes et les champignons mycorhiziens est l'une des symbioses les plus anciennes et les plus répandues sur Terre. Les fossiles les plus anciens datent de 400 millions d'années (Remy et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 1994).

Le principe est simple : le champignon colonise les racines de la plante et étend ses filaments (hyphes) dans le sol, augmentant considérablement la surface d'absorption. Il fournit à la plante de l'eau et des minéraux (phosphore, azote) ; en retour, la plante fournit au champignon les sucres issus de sa photosynthèse.

On distingue deux grands types :

• Endomycorhizes (mycorhizes arbusculaires) : les hyphes pénètrent à l'intérieur des cellules racinaires. Elles concernent 80 % des plantes terrestres, y compris la plupart des cultures (blé, maïs, légumineuses).
• Ectomycorhizes : les hyphes forment un manchon autour des racines sans pénétrer les cellules. Elles concernent les arbres des forêts tempérées et boréales (chêne, hêtre, pin, bouleau). Les cèpes, girolles et truffes sont des champignons ectomycorhiziens.

Le lichen : un organisme double

Le lichen n'est pas un organisme unique mais une symbiose entre un champignon (mycobionte) et un partenaire photosynthétique — une algue verte (chlorobionte) ou une cyanobactérie, parfois les deux. Le champignon fournit la structure, la protection et l'absorption de l'eau ; l'algue ou la cyanobactérie fournit les sucres par photosynthèse.

Cette association est si intime et si stable qu'on a longtemps cru que les lichens étaient des organismes à part entière. Ce n'est qu'en 1867 que le botaniste suisse Simon Schwendener a démontré leur nature symbiotique — ce qui lui a valu un rejet violent de la communauté scientifique de l'époque.

Les lichens colonisent des milieux extrêmes (rochers, écorces, sols polaires, déserts) et sont de puissants pionniers de la succession écologique : ils contribuent à la formation du sol en décomposant la roche par sécrétion d'acides organiques.

Le poisson-clown et l'anémone de mer

L'exemple le plus médiatique — immortalisé par le film Le Monde de Nemo. Le poisson-clown (Amphiprion) vit parmi les tentacules urticants de l'anémone de mer, qui le protège des prédateurs. En retour, le poisson-clown défend l'anémone contre ses parasites (poissons-papillons), la ventile par ses mouvements et lui apporte des nutriments via ses déjections.

Le poisson-clown est protégé par une couche de mucus qui inhibe la décharge des cellules urticantes (cnidocytes) de l'anémone. Cette immunité est acquise par acclimatation progressive : un poisson-clown transféré brutalement dans une anémone inconnue sera piqué.

Les légumineuses et les bactéries fixatrices d'azote

Les plantes de la famille des Fabacées (trèfle, luzerne, pois, soja) hébergent dans leurs racines des bactéries du genre Rhizobium au sein de structures spécialisées appelées nodosités. Ces bactéries fixent l'azote atmosphérique (N₂) et le transforment en ammonium (NH₄⁺), directement assimilable par la plante. En échange, la plante fournit aux bactéries des sucres et un environnement protégé.

Cette symbiose est à la base de la fertilité naturelle des sols : une culture de luzerne fixe entre 150 et 300 kg d'azote par hectare et par an (Peoples et al., Plant and Soil, 2009) — l'équivalent d'un apport massif d'engrais chimique, gratuitement. C'est pourquoi les rotations incluant des légumineuses sont un pilier de l'agroécologie.

Le rémora et le requin

Le rémora (famille des Echeneidae) possède un disque adhésif sur le dessus de la tête qui lui permet de se fixer sur le corps d'un requin, d'une raie manta ou d'une tortue marine. Il profite du transport gratuit et des restes de repas de son hôte — sans lui causer de tort mesurable (bien que le débat scientifique persiste sur un éventuel coût aérodynamique).

Le héron garde-bœufs et les grands herbivores

Ce petit héron blanc suit les troupeaux de bovins, de buffles ou de zèbres pour capturer les insectes dérangés par le passage des animaux. L'herbivore n'en tire ni bénéfice ni dommage notable. C'est un commensalisme classique — bien que certains auteurs suggèrent un léger bénéfice pour l'herbivore (le héron mange des tiques).

Les épiphytes

Les orchidées épiphytes, les fougères et les broméliacées des forêts tropicales poussent sur les branches des arbres pour accéder à la lumière — sans parasiter leur hôte, puisqu'elles ne prélèvent ni eau ni nutriments dans ses tissus. Elles tirent leur subsistance de l'air, de la pluie et de la matière organique accumulée dans les anfractuosités de l'écorce.

Le gui (Viscum album)

Le gui est un hémiparasite : il pénètre les vaisseaux conducteurs de son hôte (peuplier, pommier, pin) grâce à un suçoir (haustorium) pour prélever eau et sels minéraux, mais il possède de la chlorophylle et produit une partie de ses sucres par photosynthèse. Un arbre très parasité par le gui perd en vigueur et peut mourir si l'infestation est massive.

Le coucou gris (Cuculus canorus)

Le coucou pratique le parasitisme de couvée : la femelle pond un œuf dans le nid d'une autre espèce (rousserolle, rouge-gorge, pipit). Le poussin de coucou, qui éclôt en premier, éjecte les œufs ou les poussins de l'hôte hors du nid. Les parents adoptifs, leurrés par les signaux du poussin parasite, l'élèvent comme le leur — au prix de la perte de toute leur descendance.

Le Varroa destructor et l'abeille

Cet acarien parasite, originaire d'Asie du Sud-Est, est la première cause de mortalité des colonies d'abeilles domestiques dans le monde. Il se fixe sur le corps des abeilles adultes et des larves, se nourrit de leur corps gras (et non de leur « sang » comme on l'a longtemps cru — Ramsey et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019) et transmet des virus dévastateurs. Sans traitement, une colonie infestée meurt en 1 à 3 ans.

La symbiose n'est pas une curiosité biologique : c'est un moteur fondamental de l'évolution et du fonctionnement des écosystèmes. Quelques exemples de son importance structurelle :

• La cellule eucaryote elle-même est le produit d'une symbiose : les mitochondries (organites de la respiration cellulaire) et les chloroplastes (organites de la photosynthèse) étaient à l'origine des bactéries libres, ingérées puis intégrées par des cellules hôtes il y a environ 2 milliards d'années. C'est la théorie endosymbiotique, formalisée par Lynn Margulis en 1967.
• Les récifs coralliens — parmi les écosystèmes les plus riches de la planète — reposent sur la symbiose entre les coraux et des algues microscopiques (zooxanthelles) qui fournissent jusqu'à 90 % de l'énergie du corail par photosynthèse. Le blanchissement corallien survient quand le stress thermique rompt cette symbiose.
• Le microbiote intestinal humain : 39 000 milliards de bactéries vivent dans notre tube digestif (Sender et al., Cell, 2016), assurant la digestion de fibres, la production de vitamines, la maturation du système immunitaire et la protection contre les pathogènes. C'est une symbiose mutualiste dont l'importance médicale ne cesse de croître.

La symbiose est-elle toujours stable ?

Non. Les interactions symbiotiques sont dynamiques et évoluent avec les conditions environnementales. Un mutualisme peut devenir parasitisme si l'un des partenaires est stressé ou si les ressources changent. Les mycorhizes, par exemple, peuvent passer du mutualisme au parasitisme en sol très riche en phosphore (Johnson et al., 1997). La stabilité de la symbiose dépend de l'équilibre coûts-bénéfices pour chaque partenaire.

Les humains vivent-ils en symbiose avec d'autres espèces ?

Oui, de multiples façons. Le microbiote intestinal est l'exemple le plus direct (mutualisme). L'agriculture elle-même peut être vue comme une forme de mutualisme : les humains protègent, nourrissent et propagent les plantes cultivées, qui en retour les nourrissent. Les chiens domestiques, coévoluant avec les humains depuis 15 000 à 40 000 ans, illustrent un mutualisme comportemental (protection, chasse, compagnie).

Quel est le lien entre symbiose et évolution ?

La symbiose est un moteur majeur de l'évolution. La théorie endosymbiotique de Lynn Margulis montre que les grandes transitions évolutives (apparition de la cellule eucaryote, de la photosynthèse dans les plantes) résultent de fusions symbiotiques. Plus généralement, la coévolution entre partenaires symbiotiques — comme entre les fleurs et leurs pollinisateurs — est responsable d'une grande partie de la diversification du vivant.

Les lichens sont-ils menacés ?

Oui. Les lichens sont extrêmement sensibles à la pollution atmosphérique (SO₂, NOx, métaux lourds) et sont utilisés comme bio-indicateurs de la qualité de l'air. L'urbanisation, l'agriculture intensive et le changement climatique menacent de nombreuses espèces. En France, environ 15 % des espèces de lichens sont considérées comme menacées ou quasi-menacées (MNHN, inventaire national, 2021).

• Smith S.E. & Read D.J., Mycorrhizal Symbiosis, Academic Press, 3e édition, 2008
• Margulis L., « On the origin of mitosing cells », Journal of Theoretical Biology, 1967
• Simard S., Finding the Mother Tree, Knopf, 2021
• Paracer S. & Ahmadjian V., Symbiosis: An Introduction to Biological Associations, Oxford University Press, 2000
• Sender R. et al., « Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body », Cell, 2016