Dans une étude publiée dans Avancées scientifiques, une équipe internationale de chercheurs a identifié 28 régions génétiques qui ont été particulièrement importantes dans l’évolution des pinsons de Darwin. Ces variantes génétiques ne représentent pas des mutations récentes mais constituent une variation génétique ancestrale qui s’est accumulée au fil du temps à mesure que différentes espèces de pinsons de Darwin ont évolué avec des différences frappantes dans la morphologie du bec.
Les radiations adaptatives sont des groupes d’espèces étroitement apparentées qui se sont diversifiées en écologie et en morphologie à partir d’une espèce ancestrale commune dans un laps de temps relativement court, souvent après la colonisation d’une nouvelle zone géographique. Les pinsons de Darwin en sont un exemple emblématique, dans lequel 18 espèces ont évolué au cours du dernier million d’années après l’arrivée des espèces ancestrales aux Galápagos. Une question importante en biologie évolutive est de savoir comment une évolution aussi rapide peut avoir lieu ?
Les pinsons de Darwin ont évolué dans un environnement relativement peu perturbé : l’archipel est situé à environ 1 500 kilomètres à l’ouest de l’Amérique du Sud continentale. Les établissements humains permanents n’ont existé qu’au cours des 100 dernières années et aucune espèce de pinsons de Darwin n’a disparu en raison des activités humaines.
Diversification de la morphologie du bec
Un changement évolutif clé parmi ces oiseaux est la diversification de la morphologie du bec qui a permis à différentes espèces d’utiliser différentes ressources alimentaires, notamment des graines de différentes tailles, des insectes, du pollen et du nectar de fleurs de cactus ainsi que du sang d’autres espèces.
« Au cours de nos travaux sur le terrain sur la petite île de Daphne Major pendant une période de 40 ans, nous avons trouvé de nombreuses preuves de la façon dont la variation de la morphologie du bec a eu un impact majeur sur l’utilisation de la nourriture et la survie de ces oiseaux », déclarent Peter et Rosemary Grant, Princeton. University, qui ont collecté plus de 6 000 échantillons de sang de différentes espèces de pinsons de Darwin au fil des ans. Certains d’entre eux ont été utilisés dans la présente étude.
Ce nouveau chapitre de la caractérisation génétique des pinsons de Darwin a commencé par une visite sur le terrain aux Galápagos pour la collecte d’échantillons de sang à utiliser pour construire une carte de haute qualité de l’ensemble du génome des pinsons de Darwin. Les chercheurs ont apporté des instruments de séquençage portables et ont effectué le séquençage de l’ADN sur place aux Galápagos.
« Avec l’aide de chercheurs locaux des Galápagos, nous avons pu réaliser le séquençage du génome sur le terrain où nous avons collecté les échantillons. Cela nous a assuré que nous disposions de l’ADN de la plus haute qualité pour l’analyse des séquences », explique Carl-Johan Rubin, chercheur. à l’Université d’Uppsala et premier auteur partagé sur le papier. « Cette nouvelle carte de haute qualité du génome des pinsons de Darwin sera une ressource importante pour les études de ce groupe intéressant d’oiseaux. »
Comparé les génomes
Les chercheurs ont ensuite comparé les génomes de petits, moyens et grands pinsons terrestres. Ces trois espèces sont similaires mais présentent des différences frappantes dans la taille du corps et du bec.
« Notre analyse génétique a révélé 28 régions géniques qui présentaient des différences constantes entre ces trois espèces », explique Erik Enbody, qui a effectué cette analyse en tant que boursier postdoctoral à l’Université d’Uppsala. « Nous avons été surpris que ces variantes de gènes soient également présentes parmi d’autres types de pinsons de Darwin, ce qui implique qu’ils ont une histoire évolutive plus longue que les espèces elles-mêmes. Un message majeur est que ces variantes de gènes ont été utilisées et réutilisées au cours de l’évolution des pinsons de Darwin. «
« Nous avons ensuite exploré la fonction des gènes identifiés et noté que nombre de ces gènes sont exprimés dans le bec en développement, conformément à notre hypothèse selon laquelle les gènes affectant la morphologie du bec doivent avoir joué un rôle de premier plan au cours de l’évolution des pinsons de Darwin », poursuit Carl -Johan Rubin.
La perte de biodiversité
La perte de biodiversité, mesurée par le nombre croissant d’espèces qui ont disparu en raison de la perte d’habitats naturels et d’activités humaines, est une préoccupation majeure à l’heure actuelle.
« Notre étude indique que la situation est encore plus alarmante que ce que l’on suppose généralement car notre principale conclusion est que l’évolution rapide des pinsons de Darwin était dépendante de variantes génétiques qui ont évolué sur des centaines de milliers d’années », explique Leif Andersson de l’Université d’Uppsala et Texas A&M University qui a dirigé l’étude. « Afin de maintenir la biodiversité pour les générations futures, il est aussi important de maintenir de grandes populations d’espèces communes que de sauver les espèces rares de l’extinction, car les premières sont les mieux équipées pour s’adapter aux changements futurs de l’environnement. »
Carl-Johan Rubin et al, Le rayonnement adaptatif rapide des pinsons de Darwin dépend des modules génétiques ancestraux, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abm5982