Bases génétiques de la formation des espèces: certains mystères élucidés

Publié par Adrien le 13/09/2021 à 09:00
Source: CNRS INEE
Comment des animaux pourtant similaires évoluent au point de devenir incapables de s'hybrider, formant alors des espèces différentes ? Depuis Darwin, les chercheuses et les chercheurs en biologie évolutive se posent la question. Une équipe internationale, menée par Christophe Dufresnes, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) à Nanjing Forestry University (NJFU, Chine) et Pierre-André Crochet, chercheur au Centre d'écologie fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions....) et évolutive (CEFE - CNRS/IRD/Université de Montpellier/EPHE) vient d'élucider certains mystères de la spéciation (La spéciation est, en biologie, le processus évolutif par lequel de nouvelles...) - la formation des espèces -, en étudiant la génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est...) des hybrides chez des grenouilles et crapauds Européens. L'étude vient de paraître dans PNAS.

Comment des animaux pourtant similaires évoluent au point (Graphie) de devenir incapables de s'hybrider, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) alors des espèces différentes ? La question tarabuste les chercheurs en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) évolutive depuis Darwin. Certains imaginent un processus rapide, fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine....) de modification sur quelques gènes clés pour le choix de partenaires ou l'écologie: s'hybrider devient alors préjudiciable car les descendants, même viables, ne seront ni attractifs ni adaptés aux environnements parentaux du fait de leurs caractères intermédiaires. D'autres y voient plutôt l'effet de la différentiation graduelle des génomes avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...): quand des populations restent isolées pendant des millions d'années, l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de leurs gènes divergent sous l'effet de la mutation, et deviennent progressivement incompatibles, induisant des problèmes de développement et de fertilité (Pour le sens commun, la fertilité désigne à la fin du XXe siècle la...) chez les hybrides.


Dans le nord de l'Espagne, notre grenouille (Le terme grenouille est un nom vernaculaire donné à certains amphibiens, principalement...) rousse Rana temporaria rencontre sa consoeur la grenouille de Galice Rana parvipalmata, récemment élevée au rang ( Mathématiques En algèbre linéaire, le rang d'une famille de vecteurs est la dimension du...) d'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type »...). Malgré l'hybridation, ce statut est confirmé par le bon nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de gènes "barrières" et un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) de gènes réduit (une trentaine de kilomètres), du fait de leur divergence importante (4 millions d'années).

Pour confronter ces deux grandes hypothèses, voilà plusieurs années que Christophe Dufresnes et Pierre-André Crochet, en collaboration avec leurs homologues de nombreux pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...), étudient les zones hybrides d'amphibiens: des régions où des lignées génétiques plus ou moins divergentes se rencontrent, et se mélangent si affinité. En utilisant des approches de génomique (La génomique est une discipline de la biologie moderne. Elle étudie le fonctionnement...), l'équipe a mesuré le degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) de divergence nécessaire pour limiter l'hybridation et le nombre de gènes potentiellement responsables. En tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...), c'est plus d'une quarantaine (La quarantaine (venant de l'italien : quaranta giorni, qui signifie 40 jours, ou bien du...) de transitions géographiques naturelles qui ont été comparées, représentant tous les genres de crapauds, rainettes et grenouilles connues en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...).

Les résultats montrent que l'isolement reproducteur évolue graduellement avant de former de véritables espèces indépendantes, nécessitant bon nombre de gènes dît "barrières" - causant des soucis chez les hybrides. Lorsque les lignées sont jeunes (quelques cycles glaciaires), l'ensemble du génome (Le génome est l'ensemble du matériel génétique d'un individu ou d'une...) se mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) bien, et sans restriction géographique, on peut même détecter du flux de gènes sur de large distances - jusqu'à des centaines de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) en Catalogne pour des sous-espèces de pélodyte ponctués. Preuve que leurs génomes peu différenciés n'ont pas ou peu perdu en compatibilité ! Plusieurs millions d'années plus tard en revanche, le flux de gènes devient fortement restreint - sur quelques kilomètres seulement pour les sonneurs à ventre jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même...) et à ventre de feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...) dans les Carpates (Les Carpates (tchèque : Karpaty, polonais : Karpaty, slovaque : Karpaty,...). La cause: certaines parties du génome couvrant des centaines de gènes ne se mélangent plus, car les hybrides en pâtissent. On peut alors parler de véritables espèces au sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...) biologique.

Initialement, les espèces d'amphibiens sont donc essentiellement le fruit de mécanismes génétiques impliquant l'ensemble du génome (et non quelques gènes clés seuls). La divergence globale diminue la compatibilité, jusqu'au point où le mélange devient quasi-impossible. A ce stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe...), les évènements d'hybridation restent pourtant très fréquents car les espèces naissantes se ressemblent encore à s'y méprendre, tant en termes morphologiques, que comportementaux ou écologiques. La différentiation externe n'évolue que plus tard, après quoi les espèces ne se confondent plus, évitant ainsi les croisements infructueux. Elles peuvent alors partager leurs aires (Aires (en espagnol, les airs) est une compagnie aérienne intérieure de Colombie.) de répartition respectives sans risque de gaspiller leurs efforts reproducteurs.

Ces résultats ouvrent une voie plus objective pour classer le vivant. Ils confirment la nature graduelle de la formation des espèces, et caractérisent la "zone grise" relativement étroite qui sépare les sous-espèces compatibles des espèces reproductivement isolées. Coté appliqué, les auteurs préconisent une approche consistant à regarder le flux de gènes et le nombre de gènes "barrières" en rapport aux distances génétiques, ce afin de délimiter les espèces de la même façon entre différents groupes. Ainsi permettra-t-elle, espérons-le, des classifications mieux acceptées par l'ensemble de la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...), à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur...) où les outils moléculaires lèvent le voile sur de centaines de nouveaux taxons chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...).

Référence:
Dufresnes C, Brelsford A, Jeffries DL, Mazepa G, Suchan T, Canestrelli D, Nicieza A, Fumagalli L, Dubey S, Martínez-Solano I, Litvinchuk SN, Vences M, Perrin N, Crochet P-A. Mass of genes rather than master genes underlie the genomic architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) of amphibian speciation. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. doi: 10.1073/pnas.2103963118.
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