Une étude menée par des chercheurs de l’université de Rhode Island a démontré que les changements évolutifs au sein des espèces peuvent entraîner des modifications écologiques. En observant les changements dans la longueur des pattes des lézards anoles aux Bahamas et leur impact ultérieur sur la croissance de la végétation et les populations d’araignées, l’étude suggère que les changements dans les caractéristiques d’un organisme par le biais de l’évolution peuvent affecter les relations prédateur-proie et d’autres interactions écologiques, créant essentiellement une boucle de rétroaction dans laquelle l’évolution influence les changements environnementaux.
S’il est bien établi que les facteurs environnementaux façonnent l’évolution des espèces, une étude récente illustre une relation réciproque dans laquelle les adaptations évolutives des espèces ont à leur tour un impact sur leur environnement.
L’histoire des papillons de nuit est un exemple bien connu de l’évolution en action. Pendant la révolution industrielle en Angleterre, la pollution due à la fumée de charbon a assombri l’écorce des arbres autour des zones urbaines, rendant les papillons de nuit à corps blanc très visibles pour les prédateurs, ce qui a entraîné un déclin rapide de leur population. Simultanément, les papillons de nuit à corps noir, auparavant peu communs, ont prospéré, devenant la variété dominante grâce à leur capacité à se fondre dans l’environnement nouvellement assombri.
Ce phénomène est souvent cité comme une illustration classique de la manière dont les modifications de l’environnement peuvent entraîner l’évolution des espèces. Toutefois, les chercheurs ont récemment commencé à explorer le scénario inverse. Serait-il possible qu’il existe une relation réciproque dans laquelle l’évolution d’une espèce influence et suscite des changements dans son écosystème ?
Une nouvelle étude réalisée par des chercheurs de l’université de Rhode Island apporte l’une des meilleures preuves de ce phénomène.
Dans une recherche publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, les chercheurs montrent qu’un changement évolutif dans la longueur des pattes des lézards peut avoir un impact significatif sur la croissance de la végétation et les populations d’araignées sur les petites îles des Bahamas. Selon les chercheurs, c’est l’une des premières fois que des effets aussi spectaculaires de l’évolution sur l’environnement ont été documentés dans un cadre naturel.
Lézard anole brun mâle. Crédit : Oriol Lapiedra
« L’idée est que, outre le fait que l’environnement façonne les caractéristiques des organismes par le biais de l’évolution, ces changements de caractéristiques devraient se répercuter et entraîner des changements dans les relations prédateur-proie et d’autres interactions écologiques entre les espèces », a déclaré Jason Kolbe, professeur de sciences biologiques à l’université de Rhode Island et l’un des principaux auteurs de l’étude. « Nous devons vraiment comprendre comment cette dynamique fonctionne pour pouvoir faire des prévisions sur la façon dont les populations vont persister et sur les changements écologiques qui pourraient en résulter ».
Au cours des 20 dernières années, Kolbe et ses collègues ont observé la dynamique évolutive des populations de lézards anoles sur une chaîne de petites îles des Bahamas. Cette chaîne est composée d’une quarantaine d’îles dont l’altitude varie de quelques dizaines à quelques centaines de mètres, ce qui permet aux chercheurs de suivre de près les lézards qui y vivent. Les îles sont suffisamment éloignées les unes des autres pour que les lézards ne puissent pas facilement passer d’une île à l’autre, ce qui permet d’isoler des populations distinctes les unes des autres.
Des recherches antérieures avaient montré que les anoles bruns s’adaptent rapidement aux caractéristiques de la végétation environnante. Dans les habitats où le diamètre des broussailles et des branches d’arbres est plus petit, la sélection naturelle favorise les lézards aux pattes plus courtes, ce qui permet aux individus de se déplacer plus rapidement lorsqu’ils échappent à des prédateurs ou qu’ils poursuivent un casse-croûte. En revanche, les lézards plus allongés ont tendance à mieux se débrouiller là où les branches des arbres et des plantes sont plus épaisses. Les chercheurs ont montré que ce trait de longueur des membres peut évoluer rapidement chez les anoles bruns, en quelques générations seulement.
Une nouvelle étude réalisée par des chercheurs de l’université de Rhode Island apporte les meilleures preuves d’un phénomène de boucle de rétroaction dans lequel l’évolution des espèces entraîne des changements écologiques. Crédit : Kolbe Labs/Université de Rhode Island
Pour cette nouvelle étude, Kolbe et son équipe ont voulu voir comment cette évolution de la longueur des membres pouvait affecter les écosystèmes des minuscules îles des Bahamas. L’idée était de séparer les lézards à pattes courtes et les lézards à pattes longues sur leurs propres îles, puis de rechercher les différences dans la manière dont les populations de lézards affectent l’écologie de leurs îles d’origine.
Équipée de matériel spécialisé pour la capture des lézards – des perches munies de minuscules lassos en fil dentaire à leur extrémité – l’équipe a capturé des centaines d’anoles bruns. Ils ont ensuite mesuré la longueur des pattes de chaque lézard, gardant ceux dont les pattes étaient particulièrement longues ou particulièrement courtes et renvoyant les autres dans la nature. Une fois qu’ils ont obtenu des populations distinctes de lézards aux membres courts et longs, ils ont libéré chaque population sur des îles où aucun lézard ne vivait auparavant.
Comme les îles expérimentales étaient principalement recouvertes d’une végétation de faible diamètre, les chercheurs s’attendaient à ce que les lézards à pattes courtes soient mieux adaptés à cet environnement, c’est-à-dire plus maniables et plus aptes à attraper des proies dans les arbres et les broussailles. La question à laquelle les chercheurs voulaient répondre était de savoir si les effets écologiques de ces chasseurs très efficaces pouvaient être détectés.
Au bout de huit mois, les chercheurs sont retournés sur les îles pour vérifier s’il existait des différences écologiques entre les îles peuplées de groupes à pattes courtes et celles peuplées de groupes à pattes longues. Il s’est avéré que les différences étaient substantielles. Sur les îles peuplées de lézards à pattes courtes, les populations d’araignées de toile – une proie essentielle pour les anoles bruns – étaient réduites de 41 % par rapport aux îles peuplées de lézards à pattes longues. Des différences significatives ont également été observées au niveau de la croissance des plantes. Comme les lézards à pattes courtes s’attaquaient mieux aux insectes herbivores, les plantes ont prospéré. Sur les îles où vivent des lézards à pattes courtes, les pousses de bois de boutonnier ont été deux fois plus nombreuses que sur les îles où vivent des lézards à pattes longues, ont constaté les chercheurs.
Selon Kolbe, ces résultats permettent de boucler la boucle de l’interaction entre l’écologie et l’évolution.
« Ces résultats nous aident à fermer cette boucle de rétroaction », a déclaré Kolbe. « Nous savions, grâce à des recherches antérieures, que les facteurs écologiques influent sur la longueur des membres, et nous montrons maintenant la relation réciproque entre ce changement évolutif et l’environnement.
Selon les chercheurs, il sera utile de comprendre toute la portée des interactions entre l’évolution et l’écologie pour prédire les résultats des environnements, d’autant plus que les activités humaines accélèrent le rythme des changements évolutifs et écologiques dans le monde entier.
Référence : « Simulation expérimentale du lien entre l’évolution et l’écologie : Divergent predator morphologies alter natural food webs » par Jason J. Kolbe, Sean T. Giery, Oriol Lapiedra, Kelsey P. Lyberger, Jessica N. Pita-Aquino, Haley A. Moniz, Manuel Leal, David A. Spiller, Jonathan B. Losos, Thomas W. Schoener et Jonah Piovia-Scott, 5 juin 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2221691120
L’étude a été financée par la National Science Foundation.