Les différences entre la collection de bactéries et d’autres micro-organismes qui vivent dans les voies digestives des oiseaux – leurs microbiomes intestinaux – ne sont pas principalement motivées par la diversité de l’alimentation, contrairement à une hypothèse récemment proposée. Au lieu de cela, une équipe de chercheurs de Penn State a découvert que l’évolution pourrait jouer un rôle plus important dans l’explication de ces différences, ce qui pourrait potentiellement avoir des implications sur la façon dont ces espèces s’adaptent à de nouveaux habitats.
Selon l’espèce, le microbiome d’un animal peut avoir un impact sur la digestion, la fonction immunitaire et la réponse aux maladies, le développement, le métabolisme et le comportement de son hôte. Chez les mammifères terrestres, il y a un signal clair que l’histoire évolutive joue un rôle important dans la détermination de leurs microbiomes, les espèces les plus liées les unes aux autres ayant tendance à avoir les microbiomes les plus similaires et celles qui sont plus éloignées ayant tendance à avoir des microbiomes plus différents. .
« En revanche, les différences entre les microbiomes intestinaux des espèces chez les oiseaux et les chauves-souris sont beaucoup moins prononcées, et les moteurs de ces différents modèles sont restés flous », a déclaré Marcella Baiz, chercheuse postdoctorale à Penn State, qui a dirigé la recherche.
« Il a été récemment suggéré que les différences moins prononcées entre les microbiomes intestinaux des oiseaux et des chauves-souris pourraient être le résultat de modifications du système digestif en tant qu’adaptations au vol motorisé. Dans cette étude, nous avons étudié cette hypothèse en examinant l’impact relatif de l’histoire évolutive d’un oiseau. et leur environnement, y compris l’alimentation, sur les microbiomes intestinaux de 15 espèces de parulines des bois. »
Les oiseaux et les chauves-souris ont un système digestif plus court et plus simplifié que les mammifères terrestres, ce qui signifie que la nourriture passe plus rapidement, ce qui réduit finalement le poids en vol. Une étude récente avait suggéré qu’en raison de ce roulement plus élevé dans les aliments, il pourrait également y avoir un roulement plus élevé dans la communauté microbienne au sein de l’intestin, et donc le régime alimentaire aurait une plus forte influence sur le microbiome intestinal. Cependant, des études récentes qui ont étudié le microbiome intestinal chez les oiseaux ont soit considéré des animaux captifs, qui ont des régimes artificiels, soit caractérisé les régimes en utilisant de larges catégories de type de régime, ce qui donne une image incomplète.
Dans l’étude actuelle, publiée dans un article paru en ligne le 21 novembre dans la revue Écologie moléculairel’équipe de recherche a recueilli des échantillons fécaux de plus de 400 oiseaux de 15 espèces de parulines des bois du centre de la Pennsylvanie et de la région des Adirondacks à New York.
« L’une des forces de notre étude est que nous avons pu collecter des échantillons de nombreux individus de chaque espèce dans deux localités différentes », a déclaré Baiz. « Bien que certaines études antérieures aient pu inclure un plus grand nombre d’espèces, elles n’ont peut-être échantillonné que quelques individus de chaque espèce, il n’est donc pas clair si l’échantillonnage est représentatif de l’espèce dans son ensemble. »
Les chercheurs ont extrait et séquencé l’ADN des échantillons fécaux pour identifier les espèces de bactéries présentes dans l’intestin d’un oiseau ainsi que les espèces d’insectes que chaque oiseau avait mangées. Les espèces de bactéries les plus courantes qu’ils ont identifiées sont également présentes chez d’autres types d’oiseaux.
Lorsque les chercheurs ont examiné la diversité des bactéries dans les microbiomes des oiseaux, l’identité de l’espèce d’oiseau était le principal facteur explicatif. La diversité des insectes dans leur régime alimentaire n’était pas fortement liée à la diversité des bactéries dans leur intestin. De plus, lorsque les chercheurs ont regroupé les parulines en fonction de la similitude de leur microbiome intestinal, ces relations correspondaient davantage à l’arbre de vie de la paruline – un arbre regroupant les parulines par parenté évolutive entre les espèces – qu’à un arbre qui regroupait les parulines en fonction de leur similitude alimentaire.
« Nos résultats suggèrent que la diversité du régime alimentaire n’est peut-être pas le facteur le plus important qui façonne le microbiome intestinal de ces oiseaux, de sorte que l’hypothèse selon laquelle le renouvellement rapide de l’intestin et l’évolution d’un tube digestif raccourci favorisent les influences environnementales dans la composition du microbiome intestinal peut être trop simple », a déclaré Baiz.
« Nous prévoyons de continuer à étudier comment l’évolution de l’hôte pourrait façonner les microbiomes intestinaux des parulines, qui sont un groupe très diversifié de plus de 100 espèces d’oiseaux chanteurs qui ont rapidement divergé au cours des 7 derniers millions d’années. S’il existe une signature de l’évolution, nous pourrions attendez-vous à ce que le microbiome joue un rôle dans la façon dont les oiseaux s’adaptent à de nouveaux habitats au fur et à mesure qu’ils sont colonisés, ou – si deux espèces différentes devaient s’accoupler et produire un oiseau hybride, ce qui est courant chez les parulines – cela pourrait avoir un impact sur la compatibilité du microbiome et ultime succès de la progéniture hybride. »
Les chercheurs reconnaissent qu’une grande partie de la variation entre les microbiomes des oiseaux reste inexpliquée et que les études futures devraient continuer à explorer l’évolution et d’autres facteurs écologiques. Ensuite, l’équipe prévoit d’étudier si des aliments spécifiques sont liés à des bactéries spécifiques dans l’intestin.
« Nous aimerions savoir si les microbiomes des oiseaux sont influencés par des bactéries associées aux organismes qu’ils mangent, ou s’ils captent des bactéries associées à l’environnement dans lequel ils se nourrissent », a déclaré Baiz.
« Nous aimerions également examiner l’ensemble du cycle migratoire de l’oiseau, car la migration s’accompagne de toute une série de changements physiologiques qui pourraient influencer la chimie de l’intestin. Ce que les oiseaux mangent lorsqu’ils migrent vers le sud serait également complètement différent de ce qu’ils mangeons là où nous avons échantillonné dans l’est de l’Amérique du Nord. »
En plus de Baiz, l’équipe de recherche de Penn State comprend Andrea Benavides Castaño, un étudiant de premier cycle au moment de la recherche; Andrew Wood, technologue en recherche; et David Toews, professeur adjoint de biologie. L’équipe comprend également Eliot Miller, responsable du développement des collections au Cornell Lab of Ornithology.
Plus d’information:
Marcella D. Baiz et al, la composition du microbiome intestinal reflète mieux la phylogénie de l’hôte que la diversité du régime alimentaire chez les parulines reproductrices, Écologie moléculaire (2022). DOI : 10.1111/mec.16762