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Sur l’origine des espèces : le plus petit mammifère du monde, la chauve-souris bourdon démêle les mécanismes de la spéciation

mardi, décembre 6th, 2011

Un des grands défis de la biologie est de comprendre comment les espèces évoluent. Aujourd’hui, environ 150 ans après la publication de Darwin « Sur l’Origine des espèces » nous ne comprenons toujours pas vraiment le processus de spéciation. Cela tient en partie au fait que la plupart des études classiques sur la spéciation sont basées sur les espèces qui ont déjà divergé, et par conséquent, nous devons spéculer en arrière dans le temps pour en déduire les causes de la spéciation. En effet, deux des exemples les plus connus de « spéciation sympatrique », les cichlidés du lac Victoria et les Rhinolophes de Wallace, suggèrent que l’écologie sensorielle (comment un animal perçoit et interagit avec son environnement) joue un rôle majeur dans le processus de spéciation, que les populations soient géographiquement isolées ou non. Cependant, dans ces études, les chercheurs n’ont pas pu étudier les facteurs impliqués dans les premières phases du processus de spéciation.

Chauves-souris bourdon, plus petit mammifère au monde; photo prise en Birmanie en 2006 par l’équipe sur le terrain.

«Notre étude est unique dans le sens ou elle capture la spéciation « en action » dans des populations qui sont en train de diverger écologiquement. Ces populations sont celles du plus petit mammifère au monde, la chauve-souris bourdon (Craseonycteris thonglongyai) que l’on trouve uniquement en Thaïlande et en Birmanie. Ces populations représentent une expérience naturelle unique qui permet de « capturer » les processus évolutif a une échelle de temps permettant d’identifier la nature de ces processus qui entraînent la spéciation dans la nature » explique le Dr Emma Teeling qui a dirigé l’équipe de recherche au cours de cette étude.

En étudiant les processus du début de la spéciation à différentes échelles de temps évolutives, cette étude montre que dans le cas de cette espèce, un flux de gènes limité, résultant de la distance géographique, est nécessaire pour promouvoir la spéciation écologique sensorielle.

« Pour ce faire, nous avons examiné la structure spatiale, la structure génétique et les traits écologiques sensoriels entre et au sein des deux seules populations connues du plus petit mammifère du monde, la chauve-souris bourdon (Craseonycteris thonglongyai). Nous avons généré et recueilli un large jeu de données moléculaires, écologiques et acoustiques et montrons que la distance géographique joue un rôle essentiel dans la limitation des flux de gènes plutôt que la divergence d’écholocation. Nos résultats appuient l’idée que l’écologie sensorielle agit comme un mécanisme de renforcement dans le processus de spéciation plutôt que d’être le principal moteur comme cela était précédemment supposé dans d’autres études empiriques bien documentées. Nos résultats posent la question de savoir si la spéciation sympatrique se produit réellement, ou si un certain niveau d’isolement géographique et donc de flux de gènes restreint est toujours nécessaire afin d’engager le processus de spéciation », explique le Dr Sébastien Puechmaille, auteur principal de cette étude.

Une autre conclusion intéressante de cette étude est l’identification d’un gène de « l’écholocation » (RBP-J) qui montre des signes de sélection divergente correspondant à la divergence d’écholocation présente au sein la population thaïlandaise. C’est la première association identifiée de ce gène avec des capacités d’écholocation. Ce gène est impliqué dans la formation des cellules ciliées de la cochlée (organe récepteur des sons dans l’oreille interne). Comme les chauves-souris utilisent les fréquences les plus élevées (supérieures à 200 kHz) de tous les mammifères, leur système auditif, en particulier les cellules ciliées de l’organe de Corti où le son est reçu et amplifié, a besoin d’adaptations particulières.

«Nous montrons également que la compétition interspécifique avec une autre espèce de chauve-souris, Myotis siligorensis, est surement la cause de l’adaptation locale sensorielle, par opposition à la dérive aléatoire ou les facteurs abiotiques comme la température et l’humidité», explique le Dr Sébastien Puechmaille.

Du point de vue de la conservation, cette étude est la première à étudier la structure de population et l’histoire évolutive du plus petit mammifère du monde, la chauve-souris bourdon, Craseonycteris thonglongyai. « Cette espèce de chauve-souris charismatique est rare et menacée, limitée à une région de 2000 km2 à la région frontalière entre la Thaïlande et la Birmane et est considéré comme l’une des dix espèces évolutivement distinctes et globalement menacées (Evolutionary Distinct and Globally Endangered, EDGE, species)« , souligne le Dr Emma Teeling.

Les analyses phylogénétiques de marqueurs transmis par la lignée maternelle, paternelle, ou héritée par les deux parents ainsi que les données écologiques démontrent la présence de deux espèces de chauve-souris bourdon, une en Thaïlande et une en Birmanie, qui se sont séparées il y a environ 0,4 millions d’années. Les capacités de dispersion limitées des individus combinées à une aire de répartition très limitée (moins de 2000 km2) suggèrent que les deux espèces sont menacées et nécessitent des plans de gestion et de conservation distincts.

Ce papier est publié le 6 Décembre 2011 est disponible de manière gratuite dans la revue Nature Communications (http://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n12/pdf/ncomms1582.pdf). La reference de cet article est :

Puechmaille, S.J., Ar Gouilh, M., Piyapan, P., Yokubol, M., Khin Mie Mie, Bates, P.J.J., Satasook, C., Tin Nwe, Si Si Hla Bu, Mackie, I.J., Petit E.J., and Teeling E.C. (2011). The evolution of sensory divergence in the context of limited gene flow in the bumblebee bat. Nature Communications 2, 573, DOI: 10.1038/ncomms1582. [L’évolution de la divergence sensorielle dans un contexte de flux de gènes limités chez la chauve-souris bourdon].

Ce travail représente un projet irlandais, financé par la SFI, une fondation Irlandaise pour la Science et décerné au Dr. Emma Teeling. Ce projet a été mené en collaboration entre des chercheurs en France, en Thaïlande, en Birmanie, au Royaume-Uni et en Irlande afin d’aborder une question fondamentale en biologie avec des implications pour la conservation.

Séb.

Spéciation part 2.

mercredi, septembre 1st, 2010

La spéciation peut se faire selon différents modèles.
La spéciation allopatrique, issue de la division d’une espèce en deux par un évènement géographique, est un modèle de spéciation souvent considéré. L’équipe de Baker (Texas Tech University) l’aurait mis en évidence chez un Phyllostomidae, séparé en deux espèces avec la division de son aire de répartition par le soulèvement des Andes. L’arrêt des échanges entre les deux populations mène progressivement à la formation de deux espèces.
Un autre modèle de spéciation existe, la spéciation sympatrique, où de nouvelles espèces apparaissent dans une même aire géographique. Les ultrasons constituent un axe de recherche majeur dans ce domaine. Une étude menée par Stephen Rossiter (Queen Mary University of London) sur des Rhinolophes asiatiques (Rhinolophus spp.) caractériserait l’apparition (à partir d’un ancêtre commun) de nouvelles espèces due à l’utilisation de différentes fréquences d’émission. Ces dernières seraient responsables de l’utilisation de différentes niches écologiques basées sur différentes proies. Par ailleurs, la communication entre individus serait affectée et il en résulterait progressivement un arrêt des échanges entre les groupes menant à terme à leur séparation totale.

Mais la théorie est souvent bien différente de la pratique, beaucoup de choses restent à découvrir sur la spéciation. C’est un phénomène très complexe où chaque histoire serait unique.

Yann

Spéciation Part 1.

mercredi, septembre 1st, 2010

Après l’exposé de Nancy Simmons sur le nombre d’espèces dans le monde, Manuel Ruedi (Muséum d’Histoire Naturelle de Genève) a ouvert une journée d’échanges dédiée aux dynamiques de spéciation (processus évolutifs par lequels une nouvelle espèce apparaît) et à la taxonomie (caractérisation des espèces). De part la très grande diversité spécifique, les Chiroptères constituent un modèle d’étude privilégié pour la recherche sur la spéciation. La difficulté d’étudier la spéciation réside tout d’abord dans la difficulté à définir une espèce : « A fly in a wine glass ». Aucun consensus n’existe, une définition possible est « un groupe d’individus partageant un même pool de gènes et isolés d’autres groupes ».

Les limites d’étude de la spéciation sont nombreuses pour les scientifiques :
A. Difficultés à identifier le système de reproduction à cause de la difficulté à identifier les sexes sans captures, manque d’informations sur une possible paternité multiple et la structuration des communautés sociales (harems ?)
B. Manque de recherche sur la reconnaissance des partenaires par les sons (eg. cris sociaux) et éventuellement d’autres sens (toucher et odeur ?)
C. Connaissances très parcellaires sur les barrières inter et intra-spécifiques en général.

L’étude de la spéciation s’appuie sur différents axes de recherches : l’étude des morphotypes (morphologie), des sonotypes (ultrasons) et de nombreuses investigations dans le domaine de la biologie moléculaire (haplotypes, caryotypes et fixation des réarrangements chromosomiques, distance génétique entre séquences de gènes). La force d’une étude réside dans l’utilisation intégrée de ces différentes méthodes.

Yann