L’évolution a longtemps été considérée comme un processus plutôt aléatoire, les caractéristiques des espèces étant façonnées par des mutations fortuites et des événements environnementaux, et donc largement imprévisibles.
Mais une équipe internationale de scientifiques dirigée par des chercheurs de l’Université de Yale et de l’Université de Columbia a découvert qu’une lignée végétale particulière a développé indépendamment trois types de feuilles similaires encore et encore dans des régions montagneuses disséminées dans les néotropiques.
Les découvertes ont fourni les premiers exemples chez les plantes d’un phénomène connu sous le nom de « rayonnement répliqué », dans lequel des formes similaires évoluent de manière répétée dans différentes régions, suggérant que l’évolution n’est pas toujours un processus aussi aléatoire mais peut être prédite.
L’étude est publiée le 18 juillet dans la revue Écologie de la nature et évolution.
« Les résultats démontrent à quel point l’évolution peut être prévisible, le développement des organismes et la sélection naturelle se combinant pour produire les mêmes formes encore et encore dans certaines circonstances », a déclaré Michael Donoghue de Yale, professeur émérite Sterling d’écologie et de biologie évolutive et auteur co-correspondant. « Peut-être que la biologie évolutive peut devenir beaucoup plus une science prédictive que nous ne l’avions jamais imaginé dans le passé. »
Pour l’étude, l’équipe de recherche a étudié la génétique et la morphologie de la lignée végétale Viburnum, un genre de plantes à fleurs qui a commencé à se propager au sud du Mexique en Amérique centrale et du Sud il y a environ 10 millions d’années. Donoghue a étudié ce même groupe de plantes pour son doctorat. thèse à Harvard il y a 40 ans. À l’époque, il plaidait en faveur d’une théorie alternative dans laquelle de grandes feuilles couvertes de poils et de petites feuilles lisses évoluaient tôt dans l’évolution du groupe, puis les deux formes migraient séparément, dispersées par les oiseaux, à travers les différentes chaînes de montagnes.
Les nouvelles analyses génétiques rapportées dans l’article montrent cependant que les deux types de feuilles différents ont évolué indépendamment, en parallèle, dans chacune d’un certain nombre de régions de montagne.
« Je suis arrivé à la mauvaise conclusion parce qu’il me manquait les données génomiques pertinentes dans les années 1970 », a déclaré Donoghue.
L’équipe a découvert qu’un ensemble très similaire de types de feuilles évoluait dans 9 des 11 régions étudiées. Cependant, la gamme complète des types de feuilles n’a peut-être pas encore évolué dans les endroits où Viburnum n’a migré que plus récemment. Par exemple, les montagnes de Bolivie n’ont pas les grands types de feuilles poilues que l’on trouve dans d’autres régions plus humides avec peu de soleil dans la forêt nuageuse du Mexique, d’Amérique centrale et du nord de l’Amérique du Sud.
« Ces plantes sont arrivées en Bolivie il y a moins d’un million d’années, nous prévoyons donc que la grande forme de feuille velue finira par évoluer également en Bolivie », a déclaré Donoghue.
Plusieurs exemples de rayonnement répliqué ont été trouvés chez des animaux, comme les lézards Anolis dans les Caraïbes. Dans ce cas, le même ensemble de formes corporelles, ou « ectomorphes », a évolué indépendamment sur plusieurs îles différentes. Avec un exemple de plante maintenant en main, les biologistes évolutionnistes essaieront de découvrir les circonstances générales dans lesquelles des prédictions solides peuvent être faites sur les trajectoires évolutives.
« Ce travail collaboratif, s’étendant sur des décennies, a révélé un nouveau système merveilleux pour étudier l’adaptation évolutive », a déclaré Ericka Edwards, professeur d’écologie et de biologie évolutive à Yale et co-auteur correspondant de l’article. « Maintenant que nous avons établi le modèle, nos prochains défis consistent à mieux comprendre la signification fonctionnelle de ces types de feuilles et l’architecture génétique sous-jacente qui permet leur émergence répétée. »
Edwards et Deren Eaton de Columbia sont co-auteurs correspondants de l’article.
Michael J. Donoghue et al, Rayonnement répliqué d’un clade végétal le long d’un archipel de forêt nuageuse, Écologie de la nature et évolution (2022). DOI : 10.1038/s41559-022-01823-x