Dolph Schluter Évolution et écologie

Il termine les travaux de Darwin sur l'évolution en dévoilant les mystères de la sélection naturelle, en particulier, comment elle mène à de nouvelles espèces.

"La diversité de la vie est la chose la plus étonnante à se produire dans l'univers depuis le Big Bang, et nous avons besoin de mieux la comprendre si nous voulons la préserver."

L'histoire

Dolph Schluter se tient debout au sommet de l'avant-poste au haut d'une falaise escarpée de vingt mètres de haut, son regard intensément concentré sur les vagues en dessous de lui. De son point de vue, il peut voir le bateau de pêche qui est arrivé pour le ramener de Los Hermanos, une île isolée dans l'archipel des Galapagos. Mais il est arrivé pour rien. La mer est trop forte et la rive abrupte composée de roches volcaniques détruirait tout bateau qui tenterait de l'accoster. 

Derrière lui, deux de ses collègues emballent frénétiquement les cahiers de notes - les objets les plus précieux de leur cargaison - dans un sac en plastique hermétique. Tout le monde a faim. Ils ont manqué de nourriture, et après une tentative manquée de sortir de l'île la veille, ils ne peuvent pas se permettre d'attendre plus longtemps.

Quelques jours plus tôt, Schluter, son étudiant au doctorat Trevor Price, et leur assistant Steven "Spike" Millington sont alles à Los Hermanos pour étudier de petits oiseaux bruns appelés pinsons. Après l'atterrissage, Schluter et Price se sont mis a nager en destination de l'ile quand une énorme vague d'eau les ramassa et les fit tomber à plat sur le dos. Price ne s'est pas trop blesse, ayant souffert que quelques  égratignures, mais la vague a traîné Schluter le long de la rive couverte de balanes, grattant son dos assez mal. Il a encore les cicatrices pour le prouver.

Malgré ses blessures au dos, Schluter demeure déterminé à faire son travail. Price et lui se sont dirigés vers la falaise, au-dessus d'un petit rebord rocheux au bord de l'eau. Price a remis un bout d'une corde a Schluter, a offert un petit signe de tête, et sauta dans l'eau. De la corniche, Price déballa le bateau et ligota tous les équipements dont ils auraient besoin, y compris les filets, les cahiers de notes, les jumelles, et même un guide sur la chirurgie en cas d'urgence, comme une appendicite. En plus de tous ces équipements, il y avait  de la nourriture : conserves de saucisses, biscuits, sachets de thé, eau potable, et une boîte d'oeufs. Schluter a transporté tout cela sur l'île, en ignorant ses douleurs au dos - et sans briser un seul oeuf.

Les travaux de recherche terminés avec succès, Schluter est de retour sur la falaise et il regarde vers le bas... les eaux sont houleuses. Le souvenir de l'atterrissage douloureux est encore frais dans son esprit, et l'air salé pique ses plaies guérissantes comme des aiguillons. Schluter se demande comment il descendra la falaise. Le grattement des pinsons lui sonne à l'oreille, pendant qu'il se concentre. Price, cependant, n'a pas le luxe de songer à sa descente. Il prend un bon départ et se jette de la falaise, plongeant avec un plouf dans les vagues. "Trevor est un maniaque», marmonne Schluter à lui-même.

Schluter et Millington tentent de rapidement descendre tous les équipements et les cahiers de notes précieux en bas de la falaise, mais maintenant la petite corniche est inondée. Price pend les cahiers de notes et les jumelles au bout de poteaux en bambou, et les tend aussi loin qu'il le peut, tout juste à joindre les bras des pêcheurs du bateau engagé. Pour ce qui est de reste des matéraux, Price les jette aussi loin qu'il le peut, et les pêcheurs se précipitent pour tout mettre à bord. Tout est trempé, à l'exception des cahiers de notes. Maintenant, avec tout l'équipement à bord du bateau, il ne reste qu'à Schluter et Millington de se rendre au bateau.

"Voulez-vous sauter c'est moi qui y vais?" demande Schluter, avec un tremblement léger dans sa voix.

«Je ne peux pas sauter», chuchote Millington. "Je ne sais pas nager."

"Nous n'avons pas l'air d'avoir d'autres choix», dit Schluter, résigné.

S'il doit sauter, Millington ne veux pas briser ses lunettes. Alors, il les remet à Schluter, qui les descend à Price, qui leur jette ensuite une corde. Millington, toutefois, est dans tous ses états: il ne peut pas sauter. Schluter se rend compte qu'il va avoir besoin de la corde pour aider à Millington à descendre de la falaise, et, en criant, il demnde Price de revenir sur l'île une fois de plus. Ce n'est pas un petit exploit dans la mer agitée, mais Price, le casse-cou, saute dans l'eau sans hésitation et il grimpe au haut de la faise. Schluter attache la corde autour de la taille de Millington, et avec l'aide de Price, descendent leur collègue à moitié aveugle vers le bateau qui attend ci-dessous. Maintenant, Schluter et Price sont les derniers sur l'île.

"Une petite dernière dans l'eau est un œuf pourri», crie prix, comme il jette son corps de la falaise pour la troisième fois. Des eaux ci-dessous, il commence alors les railleries Schluter, le reste isolés de la vie humaine sur Los Hermanos, pour sauter. Schluter est nerveux. Tous les pêcheurs ci-dessous sont en attente pour lui, à regarder, et ils sont de plus en plus impatient de quitter l'dangereux, les eaux agitées du bord de l'île.

Avec toute l'énergie et l'enthousiasme d'un enfant, Price saute dans l'eau. Une fois dans l'eau, il agace Schluter, qui est nerveux. Enfin, Schluter resserre son corps, tend les bras, et plonge la tête la première. Il franchit la mer agitée avec à peine une éclaboussure.

As a young scientist...

Dolph Schluter a grandi à Dorval, dans la partie sud-ouest de l'île de Montréal. Ses parents ont immigré au Canada en provenance des Pays-Bas, bien qu'il dise que ses racines sont un mélange de néerlandais, allemand, français et anglais. Jeune enfant, Schluter s'occupait à étudier les animaux. Il se souvient des étés  qu'il a passés à faire du camping dans le nord du Vermont où il se tenait dans les herbes en essayant d'attraper des souris sauteuses. Sa toute première «expérience» était de mettre en place une boîte appâtée avec un morceau de ficelle pour piéger les oiseaux, "juste pour les observer voir de près", dit-il.

Adolescent, Schluter gardait une petite collection de  coléoptères, et était un ornithologue enthousiaste. À l'école, Schluter gardait les squelettes de rat de son cours de biologie. À plusieurs reprises il les démontait et les consruisait pour comprendre l'organisation des os . Il a même économisé assez d'argent de poche en livrant des journaux qu'il s'est acheté un petit bateau, et il a passé les étés de sa jeunesse à pêcher sur le lac St-Louis sur la côte ouest de Montréal.

Schluter pouvait lire avant qu'il ne soit assez vieux pour commencer la maternelle, de sorte que tous croyaient qu'il se rendrait l'université, même si personne dans sa famille ne l'avait jamais fait. En raison de son intérêt pour les animaux, il a décidé de s'inscrire à l'Université de Guelph, comme elle avait la meilleure école vétérinaire dans le pays. À Guelph, cependant, il est devenu plus intéressé dans ses cours sur l'histoire naturelle et la biologie. Il a vite changé la spécialisation de son programme. Son nouveau domaine? La gestion de la faune sauvage.

Pour financer ses études, Schluter a passé ses étés à travailler pour son mentor de premier cycle, Ron Brooks, un biologiste de la faune sauvage qui étudiait les tortues serpentines dans le parc Algonquin. Après avoir obtenu son diplôme en 1977, Schluter a obtenu un emploi où il allait faire des enquêtes sur les mammifères dans les sables bitumineux de l'Athabasca, en Alberta. Il était tout prêt à partir, mais juste avant de quitter Guelph il a assisté à une conférence donnée par Bob Montgomerie, aujourd'hui professeur à l'Université Queen's, sur le comportement alimentaire des colibris. "J'ai été épaté, dit-il. "J'ai été fasciné par l'idée de vraiment travailler sur de grandes idées, et non seulement étudier la biologie de base d'une espèce."

Il a abandonné son travail d'enquêteur et a commencé des études supérieures avec Peter Grant à l'Université du Michigan, à Ann Arbor. Ses recherches doctorales consistaient à étudier les pinsons des Galapagos pour comprendre comment la concurrence pour la nourriture affecte l'évolution de la forme de leurs becs. Ses études terminées en 1983, Schluter a  fait des projets post-doctoraux  à l'Université de Californie, Davis, puis à l'Université de la Colombie-Britannique (UCB). Depuis, il travaille comme professeur de zoologie à l'UCB, et détient maintenant une chaire de recherche du Canada et est membre de la Société royale de Londres et du Canada.

En 2005, Schluter a dirigé la construction d'un nouveau Centre de recherche en biodiversité à l'UCB, où il a été directeur jusqu'en 2007. Le centre prend en charge plus de 50 chercheurs et abrite un musée public consacré à l'étude de la biodiversité.

Scénariste: Elie Dolgin

La science

Lorsque Charles Darwin mis pied à terre sur les îles Galapagos en 1835, il rencontra un groupe de petits oiseaux bruns appelés pinsons. Il ne s'en est pas fait sur le coup, mais une fois de retour dans son bureau à Londres, ses idées sur l'évolution ont commencé à prendre forme, Darwin s'est rendu compte que les pinsons qu'il avait recueillis étaient tous liés les uns aux autres mais avaient des caractéristiques qui les différenciaient, comme la taille du bec et la forme globale. En rédigeant ses mémoires, Le Voyage du Beagle, il réfléchissait à la façon dont cela pouvait se produire, en notant: «On peut vraiment imaginer que, d'une insuffisance d'origine des oiseaux dans cet archipel, une seule espèce a été modifiée à des fins différentes. "

Darwin était sur la bonne piste.

Darwin "a été remarquablement perspicace, mais il n'a jamais été en mesure de tester ses idées" sur la sélection naturelle et l'origine des espèces, dit Schluter. Donc, en tant que doctorant , c'est justement ce que Schluter a fait. À la fin des années 1970, il a suivi les traces de Darwin aux îles Galapagos pour tester comment et pourquoi les différentes espèces de pinsons se sont modifiées à des fins différentes.

Le processus par lequel une espèce donne lieu à de multiples espèces en exploitant différentes niches est maintenant connu sous le nom de rayonnement adaptatif, par opposition à d'autres méthodes d'évolution, par exemple, où une espèce unique change d'une forme à une autre dans le temps sans se diviser en de nombreuses formes en peu de temps. Dans le cas des pinsons - qui ont été surnommés les "pinsons de Darwin" - une seule espèce de l'Amérique du Sud a migré vers les Galapagos, où elle s'est diversifiée en 14 espèces ayant des becs distinctifs spécialisés pour différents régimes alimentaires sur les différentes îles: graines, insectes, fleurs, et même du sang d'oiseaux marins.

Au début, le travail de Schluter visait à comprendre ce qui se passe lorsque deux espèces écologiquement similaires se font concurrence pour des ressources. Un résultat commun de ce conflit est que les deux espèces évoluent de façon à se différencier davantage pour s'adapter à des niches différentes. L'évolution est plus rapide quand les pinsons co-existent que lorsqu'elles vivent seules. Schluter a démontré ce phénomène, connu sous le nom «déplacement de caractère», dans deux espèces granivores de pinsons de Darwin: Geospiza fuliginosa et Geospiza Fortis.

Schluter a découvert que sur les îles où une seule espèce a été trouvée, les pinsons avaient des becs de grandeur semblable et des corps de taille moyenne. Par contre, sur l'île de Santa Cruz où deux espèces se chevauchent, les pinsons  de l'espèce Geospiza fuliginosa avaient un bec plus petit que les pinsons de l'espèce Geospiza Fortis. Le déplacement de caractère est maintenant reconnu comme une caractéristique universelle de l'adaptation, et a été observé dans un large éventail d'organismes, y compris les oiseaux, poissons, mammifères, reptiles, insectes et plantes.

Schluter a également aidé à expliquer la façon dont les quatorze différentes espèces de pinsons de Darwin sont liées les unes aux autres. Il a comparé les aspects des formes du corps des oiseaux et a montré que les espèces les plus anciennes sont tous des insectivores tandis que les pinsons qui ont évolué le plus récemment consomment surtout des graines. Étant donné que l'ancêtre des pinsons, provenant du continent, est un mangeur de graines Schluter a pu montrer que les anciens oiseaux granivores ont dû s'éteindre. Malgré cela, le régime de ces pinsons a resurgi sur les îles où les graines sont abondantes.

La radiation adaptative n'est qu'une partie de l'énigme de la façon dont les espèces se forment. Pour maintenir la séparation entre les espèces séparées dès que les organismes commencent à diverger, des formes écologiquement distinctes de pinsons doivent choisir de ne pas s'accoupler avec les uns avec les autres. Alternativement, s'ils s'accouplent, leur ADN doit être assez différent que la progéniture hybride soit malade ou stériles. Cet isolement "reproductif" est la marque de la spéciation. Selon Schluter, comment cela se produit dans la nature est l'une des questions les plus profondes de la biologie. Et pourtant, il a fait des progrès considérables pour répondre à cette question.

«Lorsque j'ai accepté [Schluter] en tant qu'étudiant diplômé je ne doutais pas qu'il avait un potentiel exceptionnel», dit l'ancien mentor de Schluter, Peter Grant, un biologiste évolutionniste à l'université de Princeton. «Schluter a plusieurs talents. D'abord, il a le don d'aller au cœur du problème, et d'apporter de nombreuses compétences quantitatives pour aboutir à une solution. En plus, il est imaginatif, son enthousiasme est contagieux, et il est un excellent communicateur.

Les pinsons de Darwin constituaient un bon système pour étudier la spéciation en action. Mais Schluter voulait un organisme qu'il pouvait manipuler expérimentalement afin de tester plusieurs de ses questions. Alors, quand Schluter a créé son propre laboratoire à l'UCB, il a commencé à étudeier un groupe de poissons appelés épinoche à trois épines. "J'ai commencé à travailler sur des épinoches, dit-il,« pour que je puisse commencer à aborder ces questions dans un système dans lequel les expériences étaient possibles. " Un autre avantage de ce système : l'épinoche est un poisson local - les épinoches utilisés par Schluter proviennent des lacs et des eaux côtières de la Colombie-Britannique.

Un seul type marin de l'épinoche se produit dans l'eau salée du Pacifique mais dans quelques lacs d'eau douce en Colombie-Britannique, les épinoches de 5 cm se trouvent sous deux formes différentes : benthique et limnétique. Les organismes benthiques ne sont pas très longs, ils ont une grande bouche et sont mal blindés. De plus, ils se nourrissent d'insectes sur les bords des lacs peu profonds. Les épinoches limnétiques, quant à eux, ont un corps mince et une bouche étroite. Ils sont bien-blindés et se nourrissent de zooplancton dans l'eau. Dans le laboratoire, les deux types d'épinoches peuvent s'accoupler, mais elles restent génétiquement distinctes dans la nature parce que leurs comportements sont si différents qu'ils s'accouplent rarement.

L'un des caractéristiques «plus glorieuses» des épinoches qui aide à la compréhension de la spéciation, dit Schluter, c'est que les deux formes ont surgi de façon indépendante à quatre reprises dans les lacs intérieurs de la Colombie-Britannique dans une période de seulement 10 000 années. «Ce qui est remarquable de ce phénomène, c'est la similarité des conditions dans lesquelles deux espèces écologiquement différenciées ont formé, dit-il. "Dans chaque cas, pratiquement la même série d'adaptations est présente."

Schluter a apporté les épinoches benthique et limnétique dans son laboratoire pour montrer expérimentalement que l'isolement reproductif, le résultat de l'évolution, se produit à plusieurs reprises. Bien qu'il ait conclu que les épinoches benthiques et limnétiques ont généralement refusé de s'accoupler entre eux, il a montré que deux épinoches benthiques ou deux épinoches limnétiques qui ont évolué séparémant dans des lacs différents étaient compatibles.  «À plusieurs reprises, nous voyons le même mécanisme d'isolement reproductif évoluer en prallèele avec l'adaptation à leur environnement», dit Schluter.

Comment les poissons évoluent-ils à plusieurs reprises len développant à chaque fois les mêmes adaptations? "La sélection naturelle est le seul processus en cause", dit-il.


adaptive radiation
radiation adaptative de la taille et la forme du bec chez les roselins de Darwin. relations de parenté entre les différentes sortes de pinsons sont déterminés par des marqueurs d'ADN dans les gènes. Les régimes sont indiquées par des hachures comme suit: graines (noir), les insectes (blanc) et de la végétation (en gris). La tarte au centre fournit une estimation de l'alimentation le dernier ancêtre commun de toutes les espèces de la zone des parties de donner un soutien par rapport aux trois États alimentation.

Mystery

Les processus de sélection naturelle et des fluctuations génétiques à travers le temps mènent à l'isolement reproductif, de sorte que les animaux ne s'accouplent pas ou donnent naissance à des descendants stériles. Comment se fait-il? Schluter dit: «Nous savons que le processus de sélection naturelle est en jeu, mais pas la façon dont il fonctionne. Quels gènes sont impliqués dans le procesus? Est-ce que les incompatibilités entre accouplement sont un un effet secondaire de la taille modifiée du corps? "

Aller plus loin
Schluter, D. The ecology of adaptive radiation. Oxford University Press, Oxford, Royaume-Uni, 2000.

Grant, P.R.; Grant, B. R.; How and why species multiply : The radiation of Darwin's finches. Princeton University Press, 2007.

- Auteure: Elie Dolgin

Carrière

Selon Schluter il faut avoir une passion pour l'histoire naturelle pour faire une carrière dans la biologie évolutionniste, mais il y a beaucoup d'emplois dans ce domaine. On peut travailler, entre autres, en tant que surveillant de l'environnement, consutant ou vétérinaire. Il suggère également une carrière dans la physiologie, la médecine, les emplois techniques de laboratoire, et les nombreuses possibilités de carrière dans les programmes de développement international dans les pays du tiers-monde impliquant les animaux et les personnes.

Career ideas:

  • Paléontologiste de gouvernement
  • Professeur d'université
  • Scientifique de laboratoire
  • Le produit chimique, le produit pétrochimique, pharmaceutiques, et pulpe/industries de papier fournissent le scientifique de personnel
  • Pétrole/conseiller de extraction
  • Scientifique de consultation privé

La personne

Date de naissance
22 mai 1955
Lieu de naissance
Dorval, Québec
Résidence
Vancouver, Colombie-Britannique
Membres de famille
  • Père: Antoine Schluter, concepteur mécanique et technicien en génie
  • Mère: Magdalena Schluter Nieman
  • Deux frères, deux sœurs
  • Épouse: Andrea Schluter, naturaliste, peintre et écrivaine
  • Fille: Magdalen Schluter
Musique préférée
Sonates et partitas pour violon solo de Johann Sebastian Bach
Titre
Professeur
Bureau
Université de la Colombie-Britannique
Situation
Working
diplomes
  • BSc Université de Guelph, 1977
  • PhD Université du Michigan, 1983
Recompenses
  • Prix des jeunes chercheurs, American Society of Naturalists, 1985
  • Médaille Charles A. McDowell, UBC, 1995
  • Prix de recherche Killam, UBC, 1996
  • Prix du président, American Society of Naturalists, 1997
  • Membre de la Société royale de Londres, 1999
  • Membre de la Société royale du Canada, 2001
  • Prix Rosenblatt, Scripps Institute of Oceanography, 2006
  • Prix Wright Sewall, American Society of Naturalists, 2007
  • Prix de recherche Killam, UBC, 2008
Mentor
Ron Brooks, professeur de biologie à Guelph qui a initié Schluter à la biologie évolutionnaire et sur le terrain. Peter Grant, directeur de thèse qui a montré qu'il était possible de tester des idées fondamentales de la biologie à travers l'étude de terrain et d'un bon sens de l'observation.
Dernier mis à jour
24 juillet 2013
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