Des lézards adaptables illustrent le processus évolutif clé proposé il y a un siècle

Anonim

Les lézards à taches latérales dans la majeure partie du désert de Mojave ont des marques brunes et marron qui se fondent bien dans leur environnement désertique. Sur la coulée de lave Pisgah, cependant, on trouve une population très différente de lézards à taches latérales, aussi noirs que les rochers sur lesquels ils vivent.

Comment les animaux envahissent-ils de nouveaux environnements différents de ceux pour lesquels l'évolution les a équipés avec des adaptations précises? Les lézards de couleur pâle sur une coulée de lave devraient être faciles à cueillir pour les prédateurs, alors comment ont-ils survécu assez longtemps pour développer une coloration plus sombre?

L'une des explications est que beaucoup des traits d'un animal ne sont pas fixes, mais peuvent changer au cours de sa vie. Cette "plasticité phénotypique" permet aux animaux individuels de modifier leur apparence ou leur comportement pour survivre dans un nouvel environnement. À terme, de nouvelles adaptations favorisant la survie surviennent dans la population grâce à des changements génétiques et à la sélection naturelle, qui agissent sur la population au fil des générations. Ceci est connu sous le nom de "l'effet Baldwin" d'après le psychologue James Mark Baldwin, qui a présenté l'idée dans un document de référence publié en 1896.

Les scientifiques qui étudient les lézards à taches latérales sur le flux de lave de Pisgah ont maintenant documenté ce processus de manière méticuleuse. Ils ont montré comment les lézards individuels peuvent changer de couleur dans un nouvel environnement pour devenir plus sombre sur la lave; ils ont identifié des gènes qui régulent la coloration et qui diffèrent entre les populations sur et hors de la lave; et ils ont constaté que les changements génétiques dans la population adaptés à la coulée de lave rendent ces lézards plus sombres que d'autres. Leurs résultats, publiés le 6 septembre dans Current Biology, pourraient constituer l'exemple le plus détaillé de l'effet Baldwin survenant dans une population sauvage.

"C'est une idée ancienne et très puissante, et maintenant nous avons des preuves génétiques de la façon dont cela se passe dans la nature", a déclaré le co-auteur Barry Sinervo, professeur d'écologie et de biologie évolutive à UC Santa Cruz.

Sinervo étudie les lézards à taches latérales en Californie depuis plus de 30 ans. Premier auteur Ammon Corl, qui a obtenu son doctorat dans le laboratoire de Sinervo, il se trouve maintenant au musée de zoologie des vertébrés de l'Université de Berkeley. Corl a déclaré avoir appris pour la première fois la population de lézards Pisgah à partir d'un doctorat non publié. thèse du coauteur Claudia Luke, maintenant à la Sonoma State University.

"Claudia a compris à quel point leur coloration est plastique et j'ai testé les changements génétiques qui ont affecté la coloration de la population de Pisgah", a déclaré Corl. "Baldwin a prédit que la plasticité permet aux organismes de coloniser de nouveaux environnements et ils développent ensuite de nouvelles adaptations grâce à la sélection naturelle. Cependant, jusqu'à présent, nous manquions des outils génétiques pour montrer que cela se passait sur le terrain."

Lorsque les chercheurs déplacent les lézards latéralement d'un arrière-plan vers un autre (par exemple, du sable vers la roche de lave), les changements de coloration commencent à apparaître en une semaine et des changements graduels de coloration se poursuivent pendant des mois. "Il semble qu'il y ait une accumulation lente et progressive du pigment de mélanine sombre", a déclaré Corl.

Les populations de lézards sur et hors de la coulée de lave ont cette plasticité leur permettant de changer de couleur lorsqu'elles sont déplacées dans un nouvel environnement. Mais les deux populations ont également des différences héréditaires dans la pigmentation. L'analyse génétique a révélé des différences entre les deux populations dans deux gènes impliqués dans la régulation de la production de mélanine.

Les chercheurs ont croisé des lézards des deux populations, ont élevé la progéniture dans un environnement commun et ont mesuré la coloration de la progéniture. Ces expériences ont montré que les variations des gènes liés à la mélanine sont en corrélation avec l'obscurité des peaux de lézards.

L'échantillonnage génétique des lézards à taches latérales entourant la coulée de lave a montré que les variantes génétiques trouvées dans la population de lave sont limitées à cette population, ce qui suggère que les variants résultaient de mutations survenues chez des lézards vivant dans la lave. Des études de modélisation démographique ont suggéré que les nouvelles mutations se sont produites des milliers d'années après la coulée de lave, il y a environ 22 000 ans.

"Nous avons étudié des lézards à taches latérales partout, même à une autre coulée de lave, et ces variantes génétiques ne se trouvent qu'à Pisgah, alors nous savons où elles sont apparues", a déclaré Sinervo. "Ce sont des gènes qui régissent la coloration en contrôlant la voie de production de la mélanine, mais de manière complexe. Les lézards Pisgah correspondent le mieux à la couleur de la lave de toute population. Contexte."

La gamme de coloration possible pour un lézard individuel est remarquable. "D'une certaine manière, il est étonnant que la sélection naturelle agisse toujours en présence d'une telle plasticité. Tout ce qu'il faut, c'est un peu de discordance et cela peut faire la différence entre la vie et la mort", a déclaré Corl. "Il y a encore des variations au sein de la population, nous avons donc opté pour la sélection naturelle en agissant sur ces gènes. Nous pouvons maintenant mener d'autres études de terrain et de laboratoire visant à mieux comprendre comment évoluent les caractères hautement plastiques."

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