Les Changements Génétiques Post-Extinction

La recherche indique que l’extinction massive à la fin du Crétacé a profondément modifié les génomes des oiseaux, jouant un rôle clé dans l’évolution et la diversité des espèces aviaires actuelles. En analysant les fossiles génomiques et les changements évolutifs, cette étude offre une compréhension approfondie de la manière dont les extinctions massives influencent la vie sur notre planète.

Peu après l’impact de l’astéroïde, la vie des dinosaures non aviaires a pris fin, mais l’histoire évolutive des ancêtres des oiseaux a commencé. Les archives fossiles montrent que ces ancêtres ont entamé leur parcours évolutif juste après cet événement d’extinction, mais les chercheurs n’étaient pas certains de la manière dont cela se refléterait dans les génomes des oiseaux. Désormais, une étude de l’Université du Michigan a identifié des changements cruciaux dans les génomes des oiseaux, déclenchés par cette extinction, qui ont contribué à la diversité incroyable des oiseaux vivants.

Analyse des Fossiles Génomiques

L’étude a examiné la trajectoire évolutive de tous les grands groupes d’oiseaux et a trouvé des preuves de « fossiles génomiques » dans l’ADN des oiseaux, marquant des étapes évolutives critiques alors que les oiseaux évoluaient vers plus de 10 000 espèces vivantes. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans un article en libre accès dans la revue Science Advances.

« En étudiant l’ADN des oiseaux vivants, nous pouvons tenter de détecter des motifs de séquences génétiques qui ont changé juste après l’un des événements les plus marquants de l’histoire de la Terre », a déclaré Jake Berv, auteur principal de l’étude. « La signature de ces événements semble avoir été imprimée dans les génomes des survivants d’une manière que nous pouvons détecter des dizaines de millions d’années plus tard. »

Composition Génomique et Potentiel Évolutif

Le génome d’un organisme vivant est composé de quatre molécules nucléotidiques, désignées par les lettres A, T, G et C. L’ordre de ces nucléotides dans un génome définit le « plan » de la vie. Parfois, le code ADN évolue de manière à modifier la composition globale des nucléotides dans tout le génome, ce qui est crucial pour déterminer le type de variation génétique possible et contribue au potentiel évolutif d’un organisme.

Les chercheurs ont découvert que l’événement d’extinction massive a provoqué des changements dans la composition des nucléotides. Ils ont également constaté que ces changements semblent liés à la manière dont les oiseaux se développent en tant que jeunes, leur taille adulte et leur métabolisme.

Par exemple, environ 3 à 5 millions d’années après l’extinction, les lignées d’oiseaux survivantes ont tendance à développer des tailles corporelles plus petites. De plus, leur développement en tant que poussins a évolué, avec un plus grand nombre d’espèces devenant « altriciales », ce qui signifie qu’elles naissent encore très embryonnaires, nécessitant l’alimentation par leurs parents et prenant des semaines pour s’envoler. En revanche, les oiseaux qui naissent prêts à se débrouiller seuls, comme les poules et les dindes, sont appelés « précoces ».

Modélisation Génomique Avancée

Berv souligne que l’un des défis majeurs en biologie évolutive et en ornithologie est de démêler les relations entre les grands groupes d’oiseaux, rendant difficile la détermination de la structure de l’arbre de la vie des oiseaux vivants. Au cours des 15 dernières années, les chercheurs ont appliqué des ensembles de données génomiques de plus en plus vastes pour tenter de résoudre ce problème.

Auparavant, les chercheurs utilisaient des données génomiques pour étudier l’évolution des génomes des oiseaux à l’aide de modèles statistiques qui reposent sur des hypothèses fortes. Ces modèles « traditionnels » permettent de reconstruire l’histoire des changements génétiques, mais supposent généralement que la composition de l’ADN, sa proportion de nucléotides A, T, G et C, ne change pas au cours de l’histoire évolutive.

En 2019, Berv a commencé à collaborer avec Stephen Smith, professeur à l’Université du Michigan, qui développait un outil logiciel pour suivre plus précisément la composition de l’ADN au fil du temps et à travers différentes branches de l’arbre de la vie. Grâce à cet outil, les chercheurs ont pu assouplir l’hypothèse selon laquelle la composition de l’ADN reste constante. Smith a expliqué que cela a permis au « modèle » de l’évolution de l’ADN de varier à travers l’arbre évolutif et d’identifier les endroits où il y avait probablement un changement dans la composition de l’ADN.

Pour cette nouvelle recherche, ces changements ont été concentrés dans le temps, dans les 5 millions d’années suivant l’extinction de la fin du Crétacé. Leur approche a également permis d’estimer quels traits des oiseaux étaient les plus étroitement associés à ces changements dans la composition de l’ADN.

« C’est un type de changement génétique important que nous pensons pouvoir lier à l’événement d’extinction massive », a-t-il déclaré. « À notre connaissance, les changements dans la composition de l’ADN n’ont pas été précédemment associés à l’extinction de la fin du Crétacé de manière aussi claire. »

Daniel Field, professeur de paléontologie des vertébrés à l’Université de Cambridge et co-auteur de l’étude, s’intéresse à la manière dont l’extinction de la fin du Crétacé a influencé l’évolution des oiseaux. Il a fourni des conseils concernant l’évolution précoce des oiseaux après l’extinction.

« Nous savons que les événements d’extinction massive peuvent affecter de manière dramatique la biodiversité, l’écologie et la forme des organismes. Notre étude souligne que ces événements d’extinction peuvent en réalité influencer la biologie des organismes de manière encore plus profonde, en modifiant des aspects importants de l’évolution des génomes », a déclaré Field. « Ce travail approfondit notre compréhension des impacts biologiques dramatiques des événements d’extinction massive et met en lumière que l’extinction qui a anéanti les grands dinosaures a été l’un des événements les plus marquants de l’histoire biologique de notre planète. »

Les chercheurs affirment qu’en assouplissant les hypothèses typiques utilisées en biologie évolutive, ils construisent une compréhension plus nuancée de la séquence des événements survenus dans l’histoire précoce des oiseaux.

« Nous n’avons généralement pas considéré le changement dans la composition de l’ADN et le modèle à travers l’arbre de la vie comme un changement indiquant qu’un événement intéressant s’est produit à un moment et à un endroit particuliers », a déclaré Smith. « Cette étude illustre que nous avons probablement manqué quelque chose. »

Référence : « L’évolution du génome et de l’histoire de vie relie la diversification des oiseaux à l’extinction de la fin du Crétacé » par Jacob S. Berv, Sonal Singhal, Daniel J. Field, Nathanael Walker-Hale, Sean W. McHugh, J. Ryan Shipley, Eliot T. Miller, Rebecca T. Kimball, Edward L. Braun, Alex Dornburg, C. Tomomi Parins-Fukuchi, Richard O. Prum, Benjamin M. Winger, Matt Friedman et Stephen A. Smith, 31 juillet 2024, Science Advances.

DOI : 10.1126/sciadv.adp0114