Quels animaux survivront aux changements climatiques?

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Les scientifiques pourraient arriver à déterminer la capacité d’adaptation de certaines espèces en étudiant les modifications génétiques que subissent les épinoches à trois épines en fonction des saisons
Publié: 11juin2021
Threespine stickleback fish. Credit: Rowan Barrett / Épinoche à trois épines. Photo : Rowan Barrett
Image par Rowan Barrett.
Threespine stickleback fish. Credit: Rowan Barrett / Épinoches à trois épines. Photo : Rowan Barrett
Santa Cruz estuary. Credit: Andrew Hendry / Estuaire de Santa Cruz. Photo : Andrew Hendry

Les changements climatiques exacerbent des problèmes qui ont déjà mené de nombreuses espèces animales au bord de l’extinction, notamment la perte d’habitat et les variations de température. Mais les scientifiques peuvent-ils prédire quels animaux pourront s’adapter et survivre ? À l’aide du séquençage génomique, des chercheurs de l’Université McGill ont montré que certains poissons, comme l’épinoche à trois épines, pouvaient s’adapter très rapidement à des changements saisonniers extrêmes. Leurs conclusions pourraient aider les scientifiques à prédire l’évolution de ces populations.

Les écologistes de l’évolution utilisent souvent les épinoches comme sujets d’étude. Ces poissons – aux formes, tailles et comportements divers – peuvent vivre dans une eau douce ou salée et dans une plage de températures étendue. Qu’est-ce qui rend cette espèce si résiliente ?

La détermination du fondement génétique d’une adaptation à l’eau douce ou aux changements climatiques, par exemple, n’est pas chose simple. « Dans sa version moderne, l’idée de l’évolution par sélection naturelle de Darwin suggère que les organismes possédant des gènes qui favorisent la survie et la reproduction auront tendance à engendrer une plus grande progéniture que leurs pairs, ce qui aurait pour effet de faire croître ces gènes de génération en génération. Ainsi, les populations s’adaptent à leur environnement au fil du temps », explique Alan Garcia-Elfring, auteur principal et doctorant sous la direction de Rowan Barrett, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en science de la biodiversité à l’Université McGill.

« On étudie habituellement ce processus de façon rétrospective chez des populations qui se sont adaptées à leur environnement actuel il y a longtemps. Il n’est donc pas facile de comprendre la séquence des événements qui ont mené à l’adaptation et de déterminer, par exemple, les caractéristiques les plus importantes et le moment où elles sont apparues », ajoute-t-il.

Sélection naturelle au fil du temps

Pour étudier la sélection naturelle en action, les chercheurs ont observé six populations d’épinoches à trois épines avant et après les changements saisonniers imposés à leur environnement, à l’aide du séquençage génomique. Les épinoches qui vivent dans différents estuaires de la région côtière de la Californie offrent une rare occasion d’étudier le principe de sélection naturelle en temps réel. Les changements saisonniers provoqués par des hivers humides et des étés secs donnent lieu à des variations importantes dans la structure de l’habitat et dans les proportions d’eau salée et d’eau douce, et seuls les poissons qui tolèrent ces changements rapides survivent jusqu’à la saison suivante.

Pendant l’été, des barres de sable isolent les estuaires de l’océan. « Ces changements ressemblent probablement à ceux auxquels les populations d’épinoches ont dû s’adapter pour coloniser des lacs d’eau douce nouvellement formés après le retrait des glaciers, il y a 10 000 ans, précise le Pr Barrett. Nous espérons trouver des indices sur les modifications génétiques qu’aurait pu causer le processus de sélection naturelle il y a très longtemps. »

Les chercheurs ont découvert des preuves de modifications génétiques, provoquées par des changements saisonniers, qui reflètent les différences remarquées entre des populations établies depuis longtemps en eau douce ou en eau salée. « Ces modifications génétiques se sont produites dans des populations indépendantes au cours d’une seule saison, preuve que les effets de la sélection naturelle peuvent être perçus très rapidement », dit Alan Garcia-Elfring.

« Ces résultats sont importants parce qu’ils donnent à penser que nous pourrions utiliser les différences génétiques survenues dans le passé pour prédire comment les populations pourraient s’adapter aux stresseurs environnementaux, comme les changements climatiques », ajoute-t-il.

L’étude fait ressortir l’importance d’étudier les espèces dans des environnements dynamiques, comme un estuaire délimité par une barre de sable, afin de mieux comprendre le fonctionnement de la sélection naturelle. Les chercheurs poursuivront leurs travaux pour analyser la répétitivité des modifications génétiques observées en déterminant si elles se produisent chaque année. Ils verront alors s’ils pourront prédire de façon fiable l’évolution de ces populations.

L'étude

L’article « Using seasonal genomic changes to understand historical adaptation to new environments: Parallel selection on stickleback in highly-variable estuaries », par Alan Garcia‐Elfring, Antoine Paccard, Timothy J. Thurman, Ben A. Wasserman, Eric P. Palkovacs, Andrew P. Hendry et Rowan D. H. Barrett, a été publié dans Molecular Ecology.

DOI : http://doi.org/10.1111/mec.15879


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