Les colibris, originaires d’Amérique du Nord et du Sud, sont parmi les oiseaux les plus petits et les plus agiles au monde. Souvent à peine plus gros qu’un pouce, ce sont les seules espèces d’oiseaux qui peuvent voler non seulement vers l’avant, mais aussi vers l’arrière ou de côté. Leur vol stationnaire caractéristique rend cela possible.
Cependant, le vol stationnaire est extrêmement énergivore. Dans une étude génomique publiée dans la revue La scienceune équipe internationale de scientifiques dirigée par le professeur Michael Hiller du Centre LOEWE de génomique translationnelle de la biodiversité (LOEWE-TBG) à Francfort, en Allemagne, a étudié les adaptations évolutives du métabolisme qui auraient pu permettre aux colibris de voler de manière unique.
Pendant le vol stationnaire, les colibris battent des ailes jusqu’à 80 fois par seconde, créant le bourdonnement caractéristique. Aucune autre forme de locomotion dans le règne animal ne consomme plus d’énergie. En conséquence, leur métabolisme tourne à plein régime et est plus actif que celui de tout autre vertébré. Pour répondre à leurs besoins énergétiques, les colibris comptent sur le sucre contenu dans le nectar des fleurs. Le métabolisme des colibris présente également certaines caractéristiques distinctives : ils absorbent rapidement le sucre, possèdent des enzymes hautement actives qui traitent les sucres et peuvent métaboliser le fructose aussi efficacement que le glucose, contrairement, par exemple, aux humains.
Des chercheurs de Francfort et de Dresde ont maintenant découvert comment cela profite aux cellules des muscles du vol qui permettent aux colibris de planer. Dans leur étude, ils ont séquencé le génome de l’ermite à longue queue (Phaethornis superciliosus) et ont comparé celui-ci et d’autres génomes de colibris avec les génomes de 45 autres oiseaux, tels que le poulet, le pigeon ou l’aigle.
Ils ont découvert que le gène codant pour l’enzyme musculaire FBP2 (fructose bisphosphatase 2) était perdu chez tous les colibris étudiés. Fait intéressant, d’autres recherches ont montré que ce gène avait déjà été perdu chez l’ancêtre commun de tous les colibris vivants, au cours d’une période où le vol stationnaire et l’alimentation en nectar ont évolué, il y a environ 48 à 30 millions d’années.
« Nos expériences ont montré que l’inactivation ciblée du gène FBP2 dans les cellules musculaires améliore le métabolisme du sucre. De plus, le nombre et l’activité des mitochondries productrices d’énergie augmentent dans les cellules dépourvues de FBP2. Tout cela a déjà été observé dans les muscles de vol des colibris, » explique le premier auteur, le Dr Ekaterina Osipova, actuellement postdoctorale à l’Université de Harvard et auparavant scientifique à l’Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique à Dresde et au LOEWE-TBG à Francfort.
« Étant donné que le gène FBP2 n’est exprimé que dans les cellules musculaires, nos résultats suggèrent que la perte de ce gène chez l’ancêtre du colibri était probablement une étape clé dans l’évolution des adaptations musculaires métaboliques nécessaires au vol stationnaire », ajoute le responsable de l’étude Michael Hiller, professeur. de génomique comparative au LOEWE-TBG et à la Senckenberg Society for Nature Research.
En plus de la perte du gène FBP2, d’autres changements génomiques importants se sont probablement produits chez les colibris. Plusieurs autres gènes qui jouent un rôle important dans le métabolisme du sucre présentent des changements d’acides aminés chez les colibris, probablement en raison d’une sélection dirigée. « La pertinence des changements dans ces gènes pour les adaptations évolutives du métabolisme des colibris doit être clarifiée par d’autres études et expériences », a déclaré Hiller.
Plus d’information:
Ekaterina Osipova et al, La perte d’une enzyme musculaire gluconéogénique a contribué aux traits métaboliques adaptatifs chez les colibris, La science (2023). DOI : 10.1126/science.abn7050