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."

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.


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MYSTèRE

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

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