Les biologistes ont développé une nouvelle méthode pour mesurer dans quelle mesure les caractéristiques géographiques régionales, y compris les barrières entre les régions, comme les montagnes ou l’eau, affectent les taux locaux de spéciation, d’extinction et de dispersion des espèces. Comme cas test, ils ont utilisé avec succès leur modèle pour délimiter le mouvement et la diversification des lézards anoles néotropicaux.
« Les caractéristiques géographiques influencent les résultats évolutifs de manière prévisible », a déclaré Michael Landis, professeur adjoint de biologie en arts et sciences à l’Université de Washington à St. Louis, premier auteur de l’étude publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS). « Notre étude jette les bases statistiques pour modéliser comment différentes caractéristiques géographiques pourraient agir comme des obstacles au mouvement des espèces ou pourraient accélérer l’extinction d’autres groupes que les anoles.
« De telles inférences peuvent également nous aider à prédire quelles espèces sont les plus susceptibles de se déplacer, d’évoluer ou de disparaître à mesure que le changement climatique s’intensifie », a-t-il déclaré.
Les scientifiques reconnaissent depuis longtemps que la géographie joue un rôle dans la façon dont les espèces colonisent de nouvelles régions et si les espèces répandues finissent par se séparer en groupes qui deviennent génétiquement distincts, perdant la capacité de se reproduire les unes avec les autres.
Mais même si la géographie joue un rôle clair et descriptible dans le sort de nombreuses espèces animales et végétales, personne n’a jusqu’à présent développé de modèles standardisés permettant aux caractéristiques géographiques de façonner le déroulement des radiations évolutives dans l’espace. Pour combler cette lacune, Landis et ses collaborateurs ont conçu un nouveau modèle phylogénétique de biogéographie qu’ils ont nommé FIG.
« La figure permet aux taux de spéciation, d’extinction et de dispersion de dépendre des caractéristiques régionales locales que chaque espèce rencontre dans son aire de répartition au fur et à mesure de son évolution », a déclaré Landis. « Par exemple, la présence d’une barrière interrompant l’aire de répartition d’une espèce peut provoquer la « séparation » de cette espèce en deux espèces différentes plus rapidement que s’il n’existait pas de barrière.
Pour démontrer ses capacités, Landis et ses collaborateurs ont utilisé leur approche pour modéliser la biogéographie de anolis lézards, un groupe de lézards connus pour s’être répandus dans les îles des Caraïbes et en Amérique du Nord et du Sud.
La partie qualitative de ce qu’ils ont appris n’était pas surprenante : que les anoles ont tendance à se déplacer sur de courtes distances plutôt que sur de longues distances, et que les mouvements sur l’eau étaient moins fréquents que les mouvements sur terre pour des distances équivalentes.
« En d’autres termes, les endroits éloignés sont loin et l’eau est humide, ce qui nous a dit que notre nouveau modèle était dans le bon stade », a plaisanté Landis. Mais avec persévérance, il a rapidement prouvé que le modèle peut quantifier les relations entre certaines caractéristiques géographiques et des taux d’évolution qui étaient auparavant difficiles à mesurer.
« Par exemple, nous avons pu mesurer une distance maximale à laquelle les aires de répartition des espèces deviennent trop étendues pour résister à la division en deux », a déclaré Landis. « À notre surprise et à notre satisfaction, nos distances estimées s’alignent bien sur l’endroit où se trouvent aujourd’hui les anoles répandus : certains anoles continentaux sont répandus dans les régions adjacentes, mais l’eau limite les aires de répartition de la plupart des anoles insulaires à une seule région. »
Les scientifiques ont découvert que la distance entrave le mouvement des anolis lézards, à la fois en termes d’expansion de l’aire de répartition par la dispersion et en termes de permettre à des espèces répandues avec des aires de répartition fragmentées de se « scinder » en deux espèces.
Les distances sur l’eau ont un effet beaucoup plus important sur la limitation des mouvements que les distances sur terre, a déclaré Landis. Le modèle a révélé que les distances au-dessus de l’eau ont trois fois l’effet des distances équivalentes au-dessus de la terre.
Landis et ses collaborateurs, dont Ignacio Quintero de l’École Normale Supérieure de Paris, Michael Donoghue et Martha Muñoz de l’Université de Yale et Felipe Zapata de l’Université de Californie à Los Angeles, ont mis leur nouveau modèle gratuitement à la disposition des autres. Ils prévoient que d’autres biologistes personnaliseront et appliqueront la FIG pour tester de nouvelles hypothèses concernant la façon dont d’autres groupes d’espèces animales et végétales ont été façonnés par les montagnes et les océans qu’ils ont rencontrés.
« Les biogéographes reconnaissent que de plus grandes distances et des barrières géographiques limitent les mouvements », a déclaré Landis. « Mais il est plus difficile d’amener les biogéographes à s’entendre sur la mesure dans laquelle les distances ou les barrières devraient influencer la façon dont les espèces se sont propagées sur des millions d’années.
« Nous, les biologistes, n’avons pas eu les bons outils statistiques pour modéliser comment les caractéristiques géographiques pourraient influencer les taux de spéciation, d’extinction et de dispersion parmi les lignées évolutives étroitement liées, nous en avons donc inventé », a-t-il déclaré. « Les idées clés qui ont émergé dans cette étude sont nées d’une étroite collaboration entre des biologistes de l’organisme et des mathématiques qui sont fascinés par la façon dont les espèces évoluent dans l’espace. »
Inférence phylogénétique de l’endroit où les espèces se sont propagées ou divisées à travers les barrières, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2116948119.