Si vous vous êtes déjà renversé dans une piscine, alors vous le savez : l’eau peut être étonnamment dure si vous la frappez sous le mauvais angle. Mais de nombreuses espèces de martins-pêcheurs plongent la tête la première dans l’eau pour attraper leurs proies poissonneuses. Dans une nouvelle étude parue dans la revue Biologie des communicationsles chercheurs ont comparé l’ADN de 30 espèces différentes de martins-pêcheurs pour se concentrer sur les gènes qui pourraient aider à expliquer le régime alimentaire des oiseaux et leur capacité à plonger sans subir de lésions cérébrales.
Le type de plongée pratiqué par les martins-pêcheurs – ce que les chercheurs appellent « plongée en plongée » – est une prouesse aéronautique. « Il s’agit d’une plongée à grande vitesse de l’air vers l’eau, et elle est réalisée par très peu d’espèces d’oiseaux », explique Chad Eliason, chercheur scientifique au Field Museum de Chicago et premier auteur de l’étude. Mais c’est un comportement potentiellement risqué.
« Pour que les martins-pêcheurs plongent tête première comme ils le font, ils doivent avoir développé d’autres caractéristiques pour les empêcher de se blesser le cerveau », explique Shannon Hackett, conservatrice associée des oiseaux au Field Museum et auteure principale de l’étude.
Tous les martins-pêcheurs ne pêchent pas réellement : de nombreuses espèces de ces oiseaux se nourrissent de proies terrestres comme des insectes, des lézards et même d’autres martins-pêcheurs. Auparavant, les co-auteurs Jenna McCollough et Michael Andersen, chercheurs de l’Université du Nouveau-Mexique, ont dirigé l’équipe en utilisant l’ADN pour montrer que les groupes de martins-pêcheurs qui mangent du poisson ne sont pas les plus proches parents les uns des autres au sein de l’arbre généalogique des martins-pêcheurs. Cela signifie que les martins-pêcheurs ont fait évoluer leur régime alimentaire à base de poisson – et leurs capacités de plongée pour les acquérir – à plusieurs reprises, plutôt que d’évoluer tous à partir d’un ancêtre commun mangeur de poisson.
« Le fait qu’il y ait tant de transitions vers la plongée est ce qui rend ce groupe à la fois fascinant et puissant, du point de vue de la recherche scientifique », explique Hackett. « Si un trait évolue indépendamment à une multitude de moments différents, cela signifie que vous avez le pouvoir de trouver une explication globale pour expliquer pourquoi. »
Pour cette étude, les chercheurs, dont les co-auteurs Lauren Mellenthin, actuellement à l’Université de Yale, qui était stagiaire de premier cycle au Field Museum au moment où cette recherche a été menée ; Taylor Hains de l’Université de Chicago et du Field Museum ; Stacy Pirro chez Iridian Genomes ; et Michael Anderson et Jenna McCullough de l’Université du Nouveau-Mexique ont examiné l’ADN de 30 espèces de martins-pêcheurs, piscivores ou non.
« Pour obtenir tout l’ADN du martin-pêcheur, nous avons utilisé des spécimens des collections du Field Museum », explique Eliason, qui travaille au Grainger Bioinformatics Center et au Negaunee Integrative Research Center de Field. « Lorsque nos scientifiques effectuent des travaux sur le terrain, ils prélèvent des échantillons de tissus sur les spécimens d’oiseaux qu’ils collectent, comme des morceaux de muscle ou de foie. Ces échantillons de tissus sont conservés au Field Museum, congelés dans de l’azote liquide, pour préserver l’ADN. »
Dans le laboratoire d’ADN Pritzker de Field, les chercheurs ont commencé le processus de séquençage du génome complet de chacune des espèces, générant ainsi l’intégralité du code génétique de chaque oiseau. À partir de là, ils ont utilisé un logiciel pour comparer les milliards de paires de bases composant ces génomes afin de rechercher les variations génétiques que les martins-pêcheurs plongeurs ont en commun.
Les scientifiques ont découvert que les oiseaux piscivores possédaient plusieurs gènes modifiés associés au régime alimentaire et à la structure du cerveau. Par exemple, ils ont découvert des mutations dans le gène AGT des oiseaux, qui a été associé à la flexibilité alimentaire chez d’autres espèces, et dans le gène MAPT, qui code pour les protéines tau liées au comportement alimentaire.
Les protéines Tau aident à stabiliser les minuscules structures à l’intérieur du cerveau, mais l’accumulation d’un trop grand nombre de protéines Tau peut être une mauvaise chose. Chez l’homme, les traumatismes crâniens et la maladie d’Alzheimer sont associés à une accumulation de protéine tau.
« J’ai beaucoup appris sur la protéine tau lorsque j’étais responsable des commotions cérébrales dans l’équipe de hockey de mon fils », explique Hackett. « J’ai commencé à me demander pourquoi les martins-pêcheurs ne meurent-ils pas parce que leur cerveau se transforme en bouillie ? Il doit y avoir quelque chose qu’ils font qui les protège des influences négatives liées aux atterrissages répétés sur la tête à la surface de l’eau. »
Hackett soupçonne que les protéines tau pourraient être une arme à double tranchant. « Les mêmes gènes qui maintiennent vos neurones dans votre cerveau bien rangés sont ceux qui échouent lorsque vous subissez des commotions cérébrales répétées si vous êtes un joueur de football ou si vous souffrez de la maladie d’Alzheimer », dit-elle. « Je suppose qu’il existe une sorte de forte pression sélective sur ces protéines pour protéger le cerveau des oiseaux d’une manière ou d’une autre. »
Maintenant que ces variations génomiques corrélées ont été identifiées, dit Hackett, « La question suivante est : quel effet les mutations dans les gènes de ces oiseaux ont-elles sur les protéines produites ? Quels changements de forme y a-t-il ? Que se passe-t-il pour compenser ces variations génomiques ? un cerveau pour les forces de commotion ? »
« Maintenant, nous savons quels gènes sous-jacents changent et contribuent à créer les différences que nous observons au sein de la famille des martins-pêcheurs », explique Eliason. « Mais maintenant que nous savons quels gènes examiner, cela a créé davantage de mystères. C’est ainsi que fonctionne la science. »
En plus d’une meilleure compréhension de la génétique du martin-pêcheur et des implications potentielles pour la compréhension des lésions cérébrales, Hackett affirme que cette étude est importante car elle met en valeur la valeur des collections des musées.
« L’un des spécimens dont nous avons extrait l’ADN dans cette étude a trente ans. Au moment où il a été collecté, nous ne pouvions pas faire le genre d’analyses que nous pouvons faire aujourd’hui – nous ne pouvions même pas faire certaines de ces choses. il y a cinq ans », explique Hackett. « Cela remonte à la capacité de spécimens individuels à raconter de nouvelles histoires à travers le temps. Et qui sait ce que nous pourrons apprendre de ces spécimens à l’avenir ? C’est pourquoi j’aime les collections de musées. »
Plus d’information:
Chad Eliason et al, Signatures génomiques des changements convergents vers le comportement de plongée en plongée chez les oiseaux, Biologie des communications (2023).