Sept couples de lézards aux Bahamas ont montré que l'empreinte des fondateurs dure

En mai 2005, une équipe de biologistes est arrivée sur sept îlots des Bahamas avec 14 lézards, un mâle et une femelle anole brun chacun, et les a relâchés sur des rochers broussailleux qu'un ouragan avait laissés vides quelques mois plus tôt. Quatre ans plus tard, toutes les populations nées de ces couples avaient des pattes postérieures relativement plus courtes, même si chaque île reflétait toujours l'apparence de ses deux fondateurs.

L'expérience a été publiée dans Science en 2012 et, selon ses auteurs, a été la première à étudier expérimentalement ce que l'on appelle l'effet fondateur dans la nature. Les travaux ont été dirigés par Jason Kolbe et Jonathan Losos de l'Université Harvard, ainsi que Thomas Schoener et David Spiller de l'Université de Californie à Davis et Manuel Leal de l'Université Duke. Kolbe, qui a réalisé le travail à Harvard, a signé l'étude en tant que professeur de sciences biologiques à l'Université de Rhode Island.

Un ouragan a laissé sept îlots sans lézards

L'occasion s'est produite en septembre 2004, lorsque l'onde de tempête provoquée par l'ouragan Frances a submergé plusieurs îlots de basse altitude près de Great Abaco. Avant l'ouragan, ces roches abritaient des populations d'anoles bruns (Anolis sagrei), et lorsque l'équipe en a soigneusement vérifié sept après la tempête, elle n'a trouvé aucun lézard.

« Les effets fondateurs sont très difficiles à étudier », a expliqué Schoener, professeur d'évolution et d'écologie, dans un communiqué de l'Université de Californie à Davis. « Il faut être exactement au bon endroit au bon moment pour observer l'événement fondateur, puis avoir la chance de pouvoir suivre une population dans le temps. »

Deux fondateurs par île, décidés par vote

Les fondateurs ont quitté Iron Cay, une île boisée voisine avec plus de 150 000 mètres carrés de végétation, tandis que les îlots récepteurs avaient entre 35 et 175 mètres carrés couverts de plantes. L'équipe a choisi au hasard un mâle et une femelle pour chaque îlot, les a mesurés et a conservé un échantillon de tissu de chacun pour des analyses génétiques.

Losos aurait préféré libérer une seule femelle enceinte, car moins une population compte de fondateurs, plus l'effet sera probable. Ses collègues craignaient que si la femelle n’était pas fécondée, l’introduction échouerait et rien ne serait appris. «Nous votons. « J'ai perdu », a déclaré Losos en 2012 sur le blog scientifique Anole Annals.

Losos a supposé que l’ajout d’un mâle augmenterait la diversité génétique de chaque île. C’est le contraire qui s’est produit. Les anoles femelles peuvent stocker le sperme pendant des mois, parfois provenant de plusieurs mâles, mais un an plus tard, des analyses ADN ont montré que « les mâles étaient occupés » et étaient les pères de 94 % de la population, a-t-il écrit. « J'avais encore tort, mais nous en avons appris quelque chose d'intéressant », a-t-il ajouté.

L’effet fondateur, une idée discutée depuis les années 1940

L’effet fondateur est la perte de variation génétique qui se produit lorsqu’une nouvelle population naît de très peu d’individus issus d’une population plus grande. Ces colons ne portent qu’une partie des variantes génétiques de leur lieu d’origine, de sorte que le groupe qu’ils forment peut finir par être différent par pur hasard.

Le biologiste allemand Ernst Mayr a soulevé cette idée au début des années 1940 et divise depuis lors les évolutionnistes. Certains le considèrent comme déterminant dans l’évolution d’une espèce et d’autres y voient un acteur secondaire que la sélection naturelle vient rapidement à bout, rappelle le communiqué de l’UC Davis.

« Mayr pensait que, dans la plupart des cas, la spéciation impliquait le déplacement de quelques individus vers une zone isolée, suivi d'une révolution génétique », a déclaré Theodore Garland, biologiste évolutionniste à l'Université de Californie à Riverside, au Washington Post. Losos l'a résumé d'une autre manière dans le même journal : « Le problème est que l'effet fondateur ne peut pas être observé dans la nature. « C'est presque du jamais vu de voir cela se produire. »

Un an plus tard, chaque île était déjà différente

Les populations ont augmenté rapidement, avec une augmentation moyenne de 13 fois au cours des deux premières années, puis ont fluctué. En 2006, l’analyse de six microsatellites (fragments répétés d’ADN fonctionnant comme une empreinte génétique) a montré en moyenne 46 % de diversité d’allèles en moins, c’est-à-dire des variantes de chaque gène, et 23 % d’hétérozygotie en moins, une autre mesure de la diversité génétique, qu’à Iron Cay.

Les pattes variaient également d'un îlot à l'autre. « Nous avons remarqué un effet fondateur un an après le début de l'expérience, qui a entraîné des différences entre les lézards des sept îles », a déclaré Kolbe dans un communiqué de l'Université de Rhode Island. « Certaines îles avaient des lézards avec des membres plus longs et d'autres avec des membres plus courts, mais c'était aléatoire par rapport à la végétation des nouvelles îles. »

Pattes postérieures 6,5% plus courtes chez les mâles

Chez les anoles, la longueur des pattes postérieures est liée à l'épaisseur des surfaces sur lesquelles elles se déplacent. « Les lézards avec des pattes postérieures relativement plus longues courent plus vite sur des substrats larges, tandis que les lézards avec des membres plus courts pour une taille corporelle donnée se déplacent plus adroitement sur des surfaces étroites », écrivent les auteurs dans l'étude.

Sur Iron Cay la végétation mesure en moyenne 384 cm de hauteur et 11,1 cm de diamètre, tandis que sur les îlots la moyenne varie de 62 à 107 cm de hauteur et de 1,6 à 5,4 cm d'épaisseur. Les lézards des îlots étaient perchés sur des supports d'un diamètre moyen de 3,2 cm, contre 4,6 cm sur l'île d'origine.

Entre 2006 et 2009, la longueur relative des pattes postérieures a diminué dans les sept populations de 6,5 % chez les mâles et de 4,0 % chez les femelles, calculée en fonction de la taille corporelle médiane de chaque sexe. Cette baisse était cinq fois plus importante que sur les 12 îles voisines que l’équipe a surveillées comme référence, où la variation moyenne était impossible à distinguer de zéro. Le changement s'est accumulé sur cinq ou six générations, selon le Washington Post, et se réfère à la moyenne de chaque population.

Les îles ont conservé leur ordre de départ

« La sélection naturelle les pousse tous vers le bas, tandis que l'effet fondateur maintient le même ordre », a déclaré Schoener. « Donc, dans un sens, ils ont tous les deux raison. » Si la sélection avait prévalu, les pattes des sept populations auraient convergé vers la même longueur, et ce qui a été observé était un déclin plus ou moins parallèle, selon la déclaration de l'UC Davis.

Kolbe l'explique ainsi au Washington Post : « Si vous aviez des pattes postérieures relativement longues au début, vous les aviez à la fin. « C'est la signature de l'effet fondateur. »

En 2009, la longueur des pattes sur chaque île était toujours liée à celle de 2006 et n'était pas liée au diamètre de la végétation ou des perchoirs. La variation entre les îlots « s’explique mieux par les phénotypes initiaux que par les conditions environnementales actuelles », écrivent les auteurs. La sélection naturelle expliquait où allaient toutes les populations, et l'effet fondateur expliquait pourquoi elles restaient différentes les unes des autres.

Immigrés, plasticité et questions ouvertes

Les îlots n'étaient pas non plus scellés, puisque les tests génétiques ont indiqué que 11 % des lézards échantillonnés en 2007 et 2009 avaient un profil compatible avec celui d'immigrés de première génération, ce qui éloigne ce cas des autres populations isolées sur des îles éloignées. Néanmoins, les auteurs ont vérifié que les résultats ne changeaient pas en supprimant ces éventuels immigrants des analyses.

Ils ont également évalué la plasticité, la capacité d'un animal à développer des pattes différentes en fonction de l'environnement dans lequel il grandit sans modifier ses gènes. Les auteurs considèrent cette explication comme « peu probable », car l'épaisseur des perchoirs n'a pas changé au fil des années tandis que les pattes ont continué à se raccourcir, et parce que la différence observée était trois à cinq fois supérieure à celle obtenue par la plasticité dans les expériences en laboratoire.

L’étude elle-même laisse ouverte la question principale. « Ce qui reste à voir est de savoir si et pendant combien de temps ces effets fondateurs persisteront face à la sélection naturelle », écrivent les auteurs, qui admettent que la sélection pourrait finir par effacer le signal fondateur à mesure que chaque population s'adapte aux petites différences de végétation entre les îlots.

Les populations n’ont pas non plus eu le temps de se séparer en différentes espèces. Quant à savoir s'ils le feront, Kolbe a déclaré au Washington Post qu' »il est trop tôt » pour le savoir, même si, à son avis, ces travaux constituent la première démonstration expérimentale que les effets fondateurs peuvent persister dans la nature.

Irene et Sandy ont effacé cinq des sept villes

Le suivi qui a suivi est entré en collision avec deux autres ouragans. Selon un rapport de l'Université de Rhode Island, Irene, en 2011, et Sandy, un an plus tard, ont anéanti les anoles sur cinq des sept îles, et une autre s'est retrouvée avec seulement trois lézards. L'étude de Kolbe s'est ensuite concentrée sur la rapidité avec laquelle les populations se rétablissent après une catastrophe et sur le rôle que joue l'évolution dans ce rétablissement.

Losos avait déjà déclaré au Washington Post, après Irene, qu'il s'attendait à trouver de très petites populations sur chaque île, car cela créerait un deuxième effet fondateur. «C'est le résultat que je souhaite. « Totalement », dit-il alors.

L'étude complète a été publiée dans Science.

Image : Hans Hillewaert / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)