Le Moucherolle à ventre jaune (Empidonax flaviventris) est un petit insectivore de la famille des moucherolles tyrans qui ne peut pas produire la protéine cryptochrome 4. Les oiseaux se reproduisent en Amérique du Nord et migrent vers le sud du Mexique et l'Amérique centrale en hiver. Crédit : Corinna Langebrake
Une nouvelle étude génétique suggère que la protéine cryptochrome 4 présente dans les yeux des oiseaux est la clé de leurs capacités de navigation magnétique, les changements évolutifs soulignant son rôle dans l'adaptation à différents environnements.
Les oiseaux migrateurs ont la capacité de parcourir de vastes distances avec des vitesses remarquables. précision en utilisant divers mécanismes, dont un compas magnétique. Dans une étude récente, une équipe dirigée par les biologistes Corinna Langebrake et Miriam Liedvogel a comparé les génomes de plusieurs centaines d'oiseaux. espèces et découvert des changements évolutifs significatifs dans le gène responsable du codage de la protéine cryptochrome 4. Cette protéine, trouvée dans les yeux des oiseaux, serait le magnétorécepteur clé qui détermine leurs capacités de navigation.
Cryptochrome 4 comme candidat magnétorécepteur
Ces résultats indiquent une adaptation à des conditions environnementales variables et soutiennent la théorie selon laquelle le cryptochrome 4 fonctionne comme une protéine capteur, comme le rapporte l'équipe dans un article récemment publié dans le journal de recherche de la British Royal Society. Actes de la Royal Society B Biological Sciences.
L'étude a été motivée par des recherches menées aux universités d'Oldenburg et d'Oxford qui ont démontré que la magnétoréception est basée sur un processus mécanique quantique complexe qui se déroule dans certaines cellules de la rétine des oiseaux migrateurs. Ces résultats, publiés en 2021 par la revue scientifique Nature, ont fourni des preuves étayant l’hypothèse selon laquelle le cryptochrome 4 était le magnétorécepteur qu’ils recherchaient. Ils ont prouvé que le cryptochrome 4 est présent dans la rétine des oiseaux. De plus, les expériences avec des protéines produites par des bactéries et les calculs sur modèles ont montré que le cryptochrome 4 présente l'effet quantique suspecté en réponse aux champs magnétiques.
Sensibilité comparative chez les espèces d'oiseaux
L’étude précédente a également révélé que le cryptochrome 4 présente une plus grande sensibilité aux champs magnétiques chez les oiseaux migrateurs comme les merles que chez les espèces résidentes comme les poulets et les pigeons. « Par conséquent, la raison pour laquelle le cryptochrome 4 est plus sensible chez les merles que chez les poulets et les pigeons doit être trouvée dans la protéine. ADN séquence », explique Langebrake, l’auteur principal de l’étude. « La séquence a probablement été optimisée par les processus évolutifs de ces oiseaux migrateurs nocturnes », ajoute-t-elle.
Dans la présente étude, l’équipe a étudié pour la première fois la magnétoréception dans une perspective évolutive. Les chercheurs ont analysé les gènes du cryptochrome 4 de 363 espèces d’oiseaux. Premièrement, ils ont comparé le taux d’évolution de la protéine avec celui de deux cryptochromes apparentés et ont découvert que les séquences génétiques des cryptochromes utilisés à des fins de comparaison étaient très similaires chez toutes les espèces d’oiseaux. Ils semblent avoir très peu changé au cours de l'évolution. Cela est probablement dû à leur rôle clé dans la régulation de l’horloge interne – un mécanisme essentiel pour tous les oiseaux et dans lequel des modifications auraient des effets extrêmement négatifs.
Le cryptochrome 4, en revanche, s’est révélé très variable. « Cela suggère que la protéine est importante pour l'adaptation à des conditions environnementales spécifiques », explique Liedvogel, professeur d'ornithologie à l'université d'Oldenbourg et directeur de l'Institut de recherche aviaire. La spécialisation qui en résulte pourrait être la magnétoréception. « Une tendance similaire a été observée dans d'autres protéines sensorielles telles que les pigments sensibles à la lumière dans l'œil », explique-t-elle.
Les chercheurs ont ensuite examiné de plus près comment la séquence génétique du cryptochrome 4 a évolué au cours de l’histoire évolutive des oiseaux. Leur analyse a révélé une tendance notable, en particulier au sein de l’ordre des passereaux (Passeriformes), où la protéine a subi une optimisation significative grâce à une sélection rapide. « Nos résultats indiquent que des processus évolutifs auraient pu conduire à la spécialisation du cryptochrome 4 en tant que magnétorécepteur chez les oiseaux chanteurs », explique Langebrake.
Les tyrans ont perdu la protéine suspecte
L’étude a révélé que le cryptochrome 4 était absent chez certains clades d’oiseaux, comme les perroquets, les colibris et les Tyranni (Suboscines). Cela indique qu’il ne joue pas un rôle vital dans leur survie. Cependant, si les perroquets et les colibris sont sédentaires, certains tyrans sont des migrateurs sur de longues distances qui, comme les petits oiseaux chanteurs européens, volent aussi bien de jour que de nuit. « Le fait que, contrairement aux merles, ils ne possèdent pas le cryptochrome 4 en fait un système idéal pour étudier diverses hypothèses sur la magnétoréception », explique Langebrake.
Cela pose la question : les Tyranni ont-ils développé un sens magnétique qui fonctionne indépendamment du cryptochrome 4, ou sont-ils capables de s'orienter sans sens magnétique ? Une autre possibilité est que leur sens magnétique ait les mêmes caractéristiques que celui des merles, qui dépend de la lumière et peut être perturbé par les ondes radio. « Les deux premiers scénarios corroboreraient fortement l’hypothèse du cryptochrome 4, tandis que le troisième poserait problème à la théorie », souligne le biologiste.
À l’avenir, l’équipe de recherche prévoit d’étudier l’orientation magnétique des Tyranni et de déterminer s’ils ont ou non un sens magnétique. « Le clade Tyranni nous fournit un outil naturel pour comprendre la fonction du cryptochrome 4 et l’importance de la magnétoréception chez les oiseaux migrateurs. », déclare Liedvogel.
