Présentation

  • : Le Cactus Heuristique
  • Le Cactus Heuristique
  • : Docteur en biologie, tendance réductionniste, je m'intéresse à tout... mais à des degrés divers. C'est à partir des cactées que mon site va plus loin dans l'exploration de domaines contigus à la biologie...
  • Contact

Translation / Traduccion

Recherche Sur Le Site

Page Facebook

RECEMMENT :

Rajout de photos de cactées globulaires diverses.

PROCHAINEMENT :

Un article sur les relations entre Rhipsalis teres et les fourmis

17 juillet 2011 7 17 /07 /juillet /2011 13:08

Les joutes entre défenseurs de l’inné et de l’acquis n’ont pas faibli en biologie et en éthologie. Chacun voit dans tel caractère biologique soit un effet direct du milieu de vie, soit le résultat d’un apprentissage individuel des organismes, soit l’expression d’une information génétique donnée.

La seule chose qui change c’est l’accumulation des données expérimentales et scientifiques qui permettent de plus en plus souvent de tracer une ligne de démarcation entre l’inné, l’acquis et l’aléatoire, ou de mesurer les parts respectives de la génétique et de l’apprentissage dans les faits biologiques considérés.

Les adaptations de certains organismes à des perturbations causées par l’homme permettent de mettre en évidence des lignes de démarcation entre caractères innés et acquis.

 

Depuis 500 ans l’homme façonne la pyrale

 

Si l’homme est un grand perturbateur écologique, son milieu et ses habitudes de vie constituent pour beaucoup d’êtres vivants de nouveaux biotopes à conquérir et auxquels s’adapter. Un exemple agricole récent et original montre, encore une fois, qu’il ne faut jamais sous-estimer l’importance de la sélection en tant que promotrice de l’information génétique.

pyraleLa pyrale du maïs (Ostrinia nubilalis) est un petit papillon beige qui est apparu en Europe Occidentale il y a environ 5 siècles.

Il ne faut pas comprendre par là que l’espèce est arrivée d’ailleurs, mais bien qu’elle est née en Europe à cette date : Il est probable que cet insecte soit issu d’une espèce jumelle endémique du continent européen, Ostrinia scapulalis, la pyrale de l’armoise. Les deux espèces d’insectes sont dites jumelles car identiques morphologiquement, au point que seules des études moléculaires permettent de les distinguer. Cependant, l’espèce ancienne Ostrinia Scapulalis ne consomme pas le maïs mais l’armoise. Il y a 500 ans un individu de cette espèce aurait changé de plante hôte pour s’intéresser au maïs, qui venait de faire son apparition sur le continent européen en provenance de l’Amérique, et aurait ainsi constitué la base d’une nouvelle espèce, la pyrale du maïs. Indirectement, les pratiques agricoles humaines auraient donc été à l’origine de cette nouvelle espèce.

La pyrale du maïs a diffusé et est devenue le cauchemar des cultivateurs dans la plupart des pays tempérés. En effet, la chenille de l’insecte fait des ravages, elle fore les tiges et les épis de mais, engendrant d’importants dégâts. A l’automne la chenille entre en diapause (phase de vie ralentie) puis passe l’hiver à l’intérieur des cannes de maïs, avant de se métamorphoser en papillon le printemps suivant.


Echapper à la grande faucheuse (ou la génétique des moissonneuses-batteuses)

 

moissonneuse-batteuseLa pyrale du maïs, qui serait donc apparue par changement d’hôte, a du faire face à un nouvel environnement, avec son cortège de prédateurs et de dangers. Le traitement agricole du maïs constitue le premier danger pour l’insecte. Depuis la généralisation de l'utilisation des moissonneuses-batteuses la partie supérieure des cannes de maïs, complètement broyées au moment de la récolte des épis, est devenue un refuge mortel pour les chenilles.

Des chercheurs ont découvert qu’une stratégie a été mise en place par les insectes pour échapper à cette hécatombe. Habituellement, à la fin de l’été, les chenilles se fixent dans un emplacement de la canne de maïs pour la période hivernale. Une étude* qui vient d’être publiée montre que dorénavant, quelques semaines avant la récolte des épis, les larves descendent dans les cannes et s’installent dans les parties de tiges situées en dessous de la hauteur de fauche des moissonneuses-batteuses. Se positionner juste au dessus du sol avant le fauchage assure ainsi une excellente survie à la pyrale du maïs. Ce comportement innovant, qui implique une perception par les insectes de la gravité terrestre, de leur localisation dans la tige et de la période de l’année ou de la maturité des plants de maïs, serait déterminé génétiquement.


Comment une information génétique à l’origine de ce comportement se met-elle en place ?

La modification de la position des chenilles pour la diapose est une réponse adaptative au surplus de mortalité causé par les moissonneuses-batteuses : il s’agit d’un comportement sélectionné par l’homme au fil des récoltes.

Au départ il existait peut-être un large panel de comportements chez les pyrales du maïs au moment de la diapose, dont certains disposaient quelques chenilles à descendre vers sol et à se positionner dans la partie basse des tiges. L’information génétique à l’origine de ce comportement aurait été sélectionnée, voire amplifiée au cours du temps, parce que toutes les larves qui ne la possédaient pas mourraient à la fin de l’été de ne se reproduisaient pas à la saison suivante.

L’autre possibilité, qui rejoint la précédente, est qu’une mutation génétique favorisant ce comportement de migration vers le bas soit apparue dans la population des pyrales et ait été sélectionnée positivement au cours du temps pour la même raison que celle cité ci-dessus. La mutation a alors envahi la population car elle subissait une très forte pression de sélection.


Des sélections anthropiques multiples

 

L’homme modifie son biotope et, sans le vouloir, exerce une pression de sélection non négligeable sur beaucoup d’espèces biologiques. Le milieu de vie urbain et les modes de vie humains sont à l’origine de nouveaux comportements biologiques, aussi bien chez les animaux que chez les végétaux (voir l’encart ci-dessous).


Lilium bulbiferum croceum

Un autre exemple connu de pression de sélection exercé par les pratiques agricoles concerne le lis orangé (Lilium bulbiferum), plante d’altitude qui est représentée par 2 sous-espèces en Europe :

  • - La première (Lilium bulbiferum ssp. croceum), qui n’est pas touchée par les activités humaines, est présente dans les Alpes française et les Pyrénées, et se reproduit uniquement par le biais de ses graines.

  • - La seconde (Lilium bulbiferum ssp. bulbiferum) est présente dans les Alpes orientales (Dolomites, Frioul, …) et subit des fauches fourragères fréquentes. Cette sous-espèce fabrique des bulbilles à l’aisselle des feuilles, qui tombent sur le sol et s’enracinent, et qui lui assurent un second mode de reproduction. Cette multiplication végétative est considérée comme un caractère adaptatif face à la fauche qui supprime les floraisons.
Et la sélection urbaine ?...


L’évolution adaptative du Crépis de Nîmes

crepis sanctaLe crépis de Nîmes (Crepis sancta) est une petite plante annuelle aux fleurs jaunes, proche des pissenlits, qui a la particularité de produire 2 types de graines, en proportions différentes : une majorité de graines ailées à aigrettes qui sont dispersées au loin par le vent et une minorité de graines plus grosses, qui tombent au pied de la plante et germent là.

C’est une plante que l’on trouve de plus en plus abondamment dans les villes : elle pousse dans les fissures de trottoir ou de bitume, les parterres entourant les arbres, etc.

Une étude a montré que les crépis installés en ville ont inversé la tendance en matière de reproduction et produisent plus de graines lourdes, au détriment des graines dispersantes. Pourquoi ? A la différence de la campagne, la ville est un milieu ou les biotopes favorables sont morcelés et organisés en patchs rares et distants les uns des autres. En ville, les zones propices à la germination des graines ne représentent que 1% environ de la surface au sol, alors que 55% des graines dispersantes voyagent à des distances supérieures à la taille des patchs au sol favorables à la germination et à la survie des plantes.

La plante, qui subit une pression de sélection importante, s’est donc adaptée à son habitat urbain et produit une majorité de graines qui germent près de la plante mère : la probabilité de trouver un biotope favorable à la germination à distance de la plante mère est beaucoup plus faible. La reproduction étant un des paramètres biologique les plus soumis à la sélection, tout laisse penser que les crépis urbains subissent une évolution génétique qui modifie leur mode de reproduction.

 

Le chant des oiseaux urbains a évolué

Merle janvier 09 011 redLes oiseaux des villes sont confrontés à des habitats qui sont très différents de ceux qu’ils auraient à côtoyer à la campagne. Des paramètres importants auxquels ils sont confrontés sont le bruit et l’éclairage de la ville. Comment ces paramètres influent-ils sur le chant des oiseaux, qui est un déterminant essentiel pour la séduction du partenaire sexuel et la défense du territoire ?

 

En ce qui concerne l’influence de l’éclairage urbain, une étude a montré que les chants matinaux des mâles de 4 espèces d'oiseaux chanteurs, dont les vocalises servent aux parades nuptiales, sont modifiés. Les mâles vivant près les zones où la pollution lumineuse est la plus forte se mettent tous à chanter plus tôt que les autres. Ceci crée de la confusion chez les femelles car, les mâles chantant tous au même moment, celles-ci ne sont plus capables de se baser sur le chant pour repérer les mâles aux meilleurs gènes.

 

En ce qui concerne l’influence du fond sonore urbain, il peut altérer les chances de reproduction des individus en couvrant les chants que les mâles utilisent pour attirer les femelles et délimiter leur territoire. Ceux-ci se sont donc adaptés et ont abandonné les habitudes de  leurs congénères des campagnes. Il a été montré que certains rouges-gorges ont abandonné leur habituel concert matinal et se sont mis à chanter la nuit pour éviter le brouhaha journalier. Les rossignols urbains, quand ils ne chantent pas la nuit, ont simplement choisi de chanter plus fort. Le niveau sonore des rossignols de Berlin est supérieur de 14 décibels à celui de leurs homologues des forêts, et atteint plus de 95 dB, une puissance suffisamment élevée pour obliger à se boucher les oreilles à proximité. De plus, l'intensité de leur chant est proportionnelle au niveau sonore urbain : ils chantent plus fort le matin, quand la ville est plus bruyante.

Un autre problème auquel doivent faire face les oiseaux chanteur est que le niveau sonore urbain est particulièrement élevé aux basses fréquences (entre 1 et 3 kilohertz). En évitant de chanter dans ces basses fréquences les oiseaux urbains peuvent donc rendre leurs chants plus audibles : c’est la stratégie pour laquelle ont opté les merles, les pinsons chanteurs et les roselins familiers. En ce qui concerne la mésange charbonnière, les volatiles vivant dans les zones les plus bruyantes de la ville produisent une mélodie dont la fréquence minimale est plus élevée que celle de leurs congénères qui habitent les quartiers plus calmes, et toujours plus aiguës que celles de leurs semblables qui peuplent les forêts (la fréquence de leur chant s'élève à environ 3 200 hertz, soit 200 hertz de plus en moyenne que ceux des forêts).

L’existence de multiples spéciations en cours chez les oiseaux de ville, en réponse à la fréquentation du milieu urbain, est suspectée depuis longtemps. Certains ornithologues pensent que le merle européen habitant en ville (photo ci-dessus) s'est déjà séparé du merle rural pour former une sous-espèce qui se distingue par sa morphologie et son comportement.

En 2010, une preuve indirecte du fondement génétique du chant modifié d’un oiseau urbain a été apportée. En étudiant le chant (appris) et les cris (innés) d’un passereau, on a constaté que les 2 types de vocalisations sont plus lentes et ont des fréquences plus élevées en ville qu’à la campagne, ce qui est en faveur d’une adaptation d’origine génétique du chant urbain.

 

 

L’inné, l’acquis ou l’aléatoire ?

 

L’exemple de la pyrale montre que des espèces sont capables de mettre en place des comportements à priori complètement innovants et imprévus si la nécessité s’en fait sentir.

Face à un comportement qui représente un élément important pour la survie d’une espèce, il est souvent difficile de comprendre ou de savoir si le caractère biologique considéré est dicté par le milieu de vie de l’individu ; ou si il est transmissible et codé génétiquement ; ou bien, chez les animaux sociaux, s’il est appris par chacun des individus au cours des interactions sociales.

Certains comportements présentent de tels niveaux de sophistication qu’il est extrêmement difficile de les imaginer comme étant codés génétiquement : l’information à coder parait énorme et très couteuse en ressources. On pourrait croire que, selon le contexte et les organismes concernés, la nature :

  • - serait incapable d’assurer le codage matériel d’un trop haut niveau d’information,
  • - ou alors « préfèrerait » faire l’économie d’un codage, et s’en tenir à un large panel de caractères dans la population : une diversité phénotypique aléatoire des comportements propre à assurer une survie minimale de la lignée,
  • - ou bien, chez les animaux complexes, favoriserait l’apprentissage du comportement adéquat par le biais des interactions sociales entre individus.

En fait, plus la pression de sélection exercée par l’environnement est forte, c'est-à-dire plus un phénotype est vital pour la survie d’une lignée biologique, et plus la probabilité pour que ce caractère soit fixé génétiquement est importante. Même au prix d’un codage génétique de l’information ruineux en ressources biologiques, l’assurance de la transmission d’un caractère à la descendance est trop précieux pour qu’une lignée fasse l’économie de son codage matériel, et ainsi de sa pérennité. Il semble que la sélection anthropique en offre de nombreux exemples.

 

* “Divergence in behaviour between the European corn borer, Ostrinia nubilalis, and its sibling species O. scapulalis: adaptation to human harvesting?”. Proc. Roy. Soc. B., 21 avril 2010. Vincent Calcagno, Vincent Bonhomme, Yan Thomas, Michael C. Singer et Denis Bourguet.

 

Sources iconographiques : Pyrale du maïs (Clemson University - USDA Cooperative Extension Slide Series, Bugwood.org), moissonneuse-batteuse (site John Deere), lis orangé (wikipedia), Crepis sancta (divers) et merle (l’auteur de l'article).

Partager cet article

Repost 0

commentaires

Corinne Rollin 18/09/2011 09:36



Bonjour,


Concernant l"inné, l'acquis et l'aléatoire, est-ce à dire que l'aléatoire utile déjà codé deviendrait un caractère majeur indispensable à la survie de l'espèce dans une population
précise aux comportements sociaux évolués ? Ou bien qu'une population est capable de coder un comportement ?


Cette modification de codage précieuse deviendrait-elle la base d'une espèce adaptée à son environnement immédiat ?


Si l'environnement change que devient ce codage ? Est-il recyclé pour une autre adaptation ? Sont-ce les même parties de matériel génétique qui sont modifiées pour une adaptation à
l'environnement ?


Merci de vos lumières.


Merci en général pour ces articles passionnants, même pour moi qui n'a pas les compétences pour tout comprendre.



Fabrice 18/09/2011 15:47



En fait le terme aléatoire que j’ai utilisé ici est un peu ambigu. Il ne concerne pas l’apparition aléatoire d’un caractère qui serait ensuite sélectionné, mais au
contraire la présence d’un caractère qui subsiste sans être codé ou sélectionné (c'est-à-dire que l’organisme n’utiliserait pas un codage ou un apprentissage de ce caractère pour pouvoir
s’adapter à son environnement : si ce caractère subsiste dans la population c’est par hasard, de manière aléatoire). Cependant il y a très peu de caractères biologiques qui doivent être
d’inférence aléatoire, c’est ce que tend à montrer l’article et les exemples cités.





A l’opposé, qu’un caractère d’apparition aléatoire se révèle important dans certains environnements, qu’il soit codé et sélectionné (ou contre-sélectionné), oui
bien sûr c’est habituel et bien connu, y compris pour des caractères qui codent des comportements (voir l’exemple de la pyrale), même chez des organismes sociaux évolués. On peut penser que plus
un caractère est vital et plus il est probable qu’il soit codé.





Si un nouveau caractère permet de s’adapter à un nouvel environnement, il est possible que la population concernée s’isole de la
population initiale et puisse évoluer dans ce nouvel environnement pour devenir une nouvelle espèce.


Par la suite si l’environnement change, le caractère codé ne sera plus sélectionné et va disparaitre de la population (ou va évoluer pour se transformer en un autre
caractère plus adapté au nouvel environnement). Généralement on ne peut pas dire qu’un codage génétique unique est responsable d’un caractère isolé : tous les gènes et tous les caractères
s’influencent les uns les autres, c’est une sorte de réseau très complexe ou chacun tient compte des autres et ou ils co-évoluent tous les uns par rapport aux autres. De la même manière qu’un
organisme a un environnement extérieur il a aussi une sorte d’environnement intérieur.