La survie des espèces au cours de l'évolution et donc le maintien de la biodiversité reposent sur un certain nombre de mécanismes, comme l'existence de niches alimentaires et la colonisation de territoires. Deux théoriciens de l'évolution, Arne Traulsen de l'Institut Max Planck pour la biologie de l'évolution à Plön et Christian Claussen de l'Université Christian Albrecht de Kiel, viennent de montrer l'importance d'un autre phénomène : la "dominance cyclique". Leur article sur ce sujet est paru le 8 février dans la revue Physical Review Letters.
La meilleure manière de comprendre les relations cycliques en écologie est de les comparer au jeu d'enfants pierre-papier-ciseaux : la pierre aiguise les ciseaux, les ciseaux coupent la feuille, la feuille enveloppe la pierre, tout cela sans qu'il n'existe de stratégie réfléchie.
En biologie, ce type de phénomènes s'observe à différents niveaux, par exemple chez certaines espèces d'iguanes. Un type d'iguanes se constitue de grands territoires avec plusieurs femelles. D'autres iguanes parviennent alors à s'introduire sur ce territoire, sans participer à sa défense mais en s'accouplant avec des femelles. Dans ce cas, il est avantageux de se contenter d'un petit territoire avec une seule femelle. Une fois que cette stratégie a permis d'évincer le profiteur, il redevient avantageux de défendre un grand territoire avec plusieurs femelles.
Un autre exemple est celui de trois types de Colibacilles. Le type original se trouve en concurrence avec un variant produisant une toxine que le type original ne supporte pas. Si ce dernier meurt, la production de poison devient cependant un gaspillage de ressources. Dans ce cas, le variant qui s'impose est celui qui est résistant à la toxine sans en produire lui-même. S'il l'emporte sur les autres variants, alors le maintien de sa résistance n'a plus de sens et le type original se réinstalle : le cycle recommence à zéro.
La manière complexe dont les trois variants, ou bien trois stratégies différentes, se font concurrence et se stabilisent mutuellement a déjà bien été décrite il y a une vingtaine d'années par la théorie du jeu : si deux stratégies différentes se rencontrent, elles reçoivent - dans le langage de la théorie du jeu - un gain qui augmente leur taux de reproduction. L'ennui est que le gain d'un joueur qui montre les ciseaux et la perte de celui qui montre le papier - et perd ainsi face aux ciseaux - s'additionnent et s'annulent. "D'un point de vue économique, le jeu "pierre-papier-ciseaux" est donc un jeu à somme nulle, mais en biologie ce n'est qu'un cas spécifique non naturel", explique Arne Traulsen.
Si les points sont distribués selon les lois de la théorie évolutive du jeu, la somme des interactions de deux stratégies est nulle chez les bactéries, tandis que la somme chez les iguanes est positive. Une petite différence non négligeable, que les chercheurs ont précisément analysée. Ils ont ainsi pu montrer sous quelles conditions la coexistence des stratégies devient possible en cas de somme positive. Ils ont calculé de manière exacte quelle taille minimale la population doit avoir. "Si les populations sont de taille suffisamment grande, alors l'étendue du milieu de vie n'a pas d'importance", précise Traulsen. Mais si la taille de la population passe sous un seuil critique, alors deux des trois espèces s'éteignent rapidement.
En cas de somme négative, le risque d'extinction lors d'une restriction de l'espace de vie s'accroît fortement. "Lorsque nous réfléchissons au risque de disparition des espèces, il est non seulement important, pour le réduire, de conserver les habitats, mais aussi de bien comprendre les interactions entre espèces", conclut Traulsen.
