Supposons que nous puissions observer vingt générations de baleines ou de requins s’adapter au changement climatique, en mesurant comment ils évoluent et comment leur biologie change à mesure que les températures et les niveaux de dioxyde de carbone augmentent. Cela pourrait nous en dire long sur la résistance de la vie dans les océans à un monde plus chaud. Mais cela prendrait également des centaines d’années, ce qui n’est pas très utile pour les scientifiques ou les décideurs qui essaient de comprendre notre monde qui se réchauffe aujourd’hui.
Considérez plutôt la vie du copépode Acartia tonsa, une créature marine minuscule et humble située au bas de la chaîne alimentaire. Il se reproduit, mûrit et crée une nouvelle génération en une vingtaine de jours. Vingt générations de copépodes se succèdent en un an environ.
Une équipe de six scientifiques, dirigée par la biologiste Melissa Pespeni de l’Université du Vermont (UVM) et le chercheur postdoctoral Reid Brennan, a fait exactement cela : dans une expérience de laboratoire unique en son genre, ils ont exposé des milliers de copépodes aux températures élevées et à la teneur élevée en carbone niveaux de dioxyde prévus pour l’avenir des océans. Et vu passer vingt générations. Ensuite, ils ont pris certains des copépodes et les ont ramenés aux conditions de base – la température et les niveaux de CO2 dans lesquels la première génération a commencé, qui ressemblent aux conditions océaniques d’aujourd’hui. Et puis ils ont continué à regarder pendant que trois autres générations passaient.
Les résultats, publiés dans la revue Communication Nature« montrent qu’il y a de l’espoir », dit Pespeni, « mais aussi de la complexité dans la façon dont la vie réagit au changement climatique ».
Le prix de la plasticité
Son espoir vient de l’observation de l’équipe que les copépodes ne sont pas morts dans les conditions du changement climatique. Au lieu de cela, ils ont persisté et même prospéré. Les scientifiques – de l’UVM ; Université du Connecticut ; GEOMAR Centre Helmholtz pour la recherche océanique en Allemagne ; et l’Université du Colorado, Boulder – ont enregistré de nombreux changements dans les gènes des copépodes liés à la façon dont ils gèrent le stress thermique, développent leur squelette dans des eaux plus acides, produisent de l’énergie et d’autres processus cellulaires affectés par le changement climatique. Cela montre que ces créatures ont la capacité dans leur constitution génétique – en utilisant la variation qui existe dans les populations naturelles – de s’adapter sur vingt générations, en évoluant pour maintenir leur forme physique dans un environnement radicalement modifié. Les observations de l’équipe soutiennent l’idée que les copépodes – un groupe de crustacés distribués dans le monde et consommés par de nombreuses espèces de poissons importantes sur le plan commercial – pourraient être résistants au réchauffement et à l’acidification rapides sans précédent actuellement déclenchés dans les océans par l’utilisation humaine de combustibles fossiles.
La complexité – « c’est une mise en garde, vraiment », dit Pespeni – vient de l’observation par l’équipe de ce qui est arrivé aux copépodes qui ont été remis dans les conditions de base. Ces créatures ont révélé le coût caché des vingt premières générations d’adaptation. La flexibilité qui a permis aux copépodes d’évoluer sur vingt générations – ce que les scientifiques appellent la « plasticité phénotypique » – s’est érodée lorsqu’ils ont tenté de revenir à des conditions auparavant bénignes. Ramenés « à la maison », en un sens, les copépodes étaient en moins bonne santé et produisaient des populations plus petites. Ils ont pu, après trois générations, revenir à leurs conditions ancestrales, mais ils avaient perdu la capacité de tolérer un approvisionnement alimentaire limité et ont montré une résistance réduite à d’autres nouvelles formes de stress.
« Si les copépodes ou d’autres créatures doivent suivre cette voie adaptative – et dépenser une partie de leur variation génétique pour faire face au changement climatique – seront-ils capables de tolérer un nouveau facteur de stress environnemental, un autre changement dans l’environnement ? » se demande Pespeni. Les copépodes font partie d’un vaste groupe d’espèces qui devraient être résilientes au changement climatique rapide – et cette nouvelle étude, soutenue par la National Science Foundation, confirme ce point de vue.
« Mais nous devons faire attention aux modèles trop simples – sur la performance des espèces et celles qui persisteront dans le futur – qui ne tiennent compte que d’une seule variable », a déclaré Reid Brennan qui a terminé cette étude dans le laboratoire de Melissa Pespeni à l’Université de Vermont et se trouve maintenant au GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research à Kiel, en Allemagne. Et la nouvelle étude des scientifiques sur les copépodes met en évidence une vérité plus large sur l’économie complexe de l’évolution : il peut y avoir des coûts imprévus pour évoluer rapidement dans un monde soudainement chaud.
Reid S. Brennan et al, Perte de plasticité transcriptionnelle mais capacité d’adaptation soutenue après adaptation aux conditions de changement global dans un copépode marin, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-28742-6