Des chercheurs de l’Université du Michigan ont mis en évidence des changements dans le génome des ancêtres des oiseaux primitifs suite à l’extinction massive provoquée par un astéroïde il y a 66 millions d’années, identifiant des « fossiles génomiques » qui illustrent des changements significatifs dans l’ADN. Ces changements, cruciaux pour l’évolution des oiseaux, révèlent comment de tels événements catastrophiques ont des impacts profonds et durables sur la biodiversité et la biologie des organismes.
Les recherches révèlent que la fin-Crétacé Les extinctions massives ont considérablement modifié le génome des oiseaux, contribuant ainsi à l'évolution et à la diversité des oiseaux d'aujourd'hui. En analysant les fossiles génomiques et les changements évolutifs, l'étude permet de mieux comprendre comment les extinctions massives façonnent la vie sur Terre.
Peu de temps après qu'un astéroïde a frappé la Terre il y a 66 millions d'années, la vie des dinosaures non aviaires a pris fin, mais l'histoire évolutive des premiers ancêtres des oiseaux a commencé.
Les fossiles nous indiquent que les premiers ancêtres des oiseaux actuels ont commencé leur parcours évolutif juste après l'extinction massive provoquée par l'astéroïde, mais les chercheurs n'étaient pas certains de la manière dont ils verraient cette histoire se refléter dans les génomes des oiseaux. Aujourd'hui, une étude de l'Université du Michigan a identifié d'importants changements dans les génomes des oiseaux déclenchés par l'extinction massive, appelée extinction massive de la fin du Crétacé, contribuant finalement à l'incroyable diversité des oiseaux actuels.
L'étude a examiné la trajectoire évolutive de tous les principaux groupes d'oiseaux et a trouvé des preuves de « fossiles génomiques » dans les oiseaux. ADN qui marquent des étapes évolutives critiques alors que les oiseaux ont évolué vers plus de 10 000 espèces vivantes espèces. La recherche est publiée sous forme d'article en libre accès dans la revue Progrès scientifiques.
« En étudiant l’ADN des oiseaux vivants, nous pouvons essayer de détecter des modèles de séquences génétiques qui ont changé juste après l’un des événements les plus importants de l’histoire de la Terre », a déclaré l’auteur principal Jake Berv, qui a mené l’étude en tant que Michigan Life Sciences Fellow au département d’écologie et de biologie évolutive de l’UM. « La signature de ces événements semble s’être imprimée dans les génomes des survivants d’une manière que nous pouvons détecter des dizaines de millions d’années plus tard. »
Composition du génome et potentiel évolutif
Le génome d'un organisme vivant est composé de quatre molécules de nucléotides, désignées par les lettres A, T, G et C. L'ordre de ces nucléotides dans un génome définit le « plan directeur » de la vie. Le code ADN peut parfois évoluer d'une manière qui modifie la composition globale des nucléotides de l'ADN dans l'ensemble du génome. Ces changements de composition sont essentiels pour déterminer le type de variation génétique possible, contribuant au potentiel évolutif d'un organisme ou à sa capacité à évoluer.
Les chercheurs ont découvert que l’extinction massive avait provoqué des changements dans la composition des nucléotides. Ils ont également découvert que ces changements semblent être liés à la façon dont les oiseaux se développent en tant que bébés, à leur taille adulte et à leur métabolisme.
Par exemple, dans les 3 à 5 millions d’années qui ont suivi l’extinction massive, les lignées d’oiseaux survivantes ont eu tendance à développer des tailles corporelles plus petites. Elles ont également changé leur façon de se développer en tant que nouveau-nés, devenant plus nombreuses à devenir « nidicoles ». Cela signifie qu’elles sont encore très embryonnaires lorsqu’elles éclosent, ont besoin de leurs parents pour les nourrir et peuvent mettre des semaines à s’envoler, explique Berv. Les oiseaux qui éclosent prêts à se débrouiller seuls, comme les poulets et les dindes, sont dits « nidifuges ».
« Nous avons découvert que la taille du corps adulte et les modèles de développement avant l'éclosion sont deux caractéristiques importantes de la biologie des oiseaux que nous pouvons relier aux changements génétiques que nous détectons », a déclaré Berv, désormais chercheur postdoctoral Schmidt AI in Science au Michigan Institute for Data & AI in Society de l'U-M.
Modélisation génomique avancée
Selon Berv, l’un des plus grands défis de la biologie évolutionniste et de l’ornithologie est de démêler les relations entre les principaux groupes d’oiseaux : il est difficile de déterminer la structure de l’arbre de vie des oiseaux actuels. Au cours des 15 dernières années, les chercheurs ont utilisé des ensembles de données génomiques de plus en plus volumineux pour tenter de résoudre ce problème.
Jusqu'à présent, les chercheurs utilisaient des données génomiques pour étudier l'évolution du génome des oiseaux à l'aide de modèles statistiques qui reposent sur des hypothèses solides. Ces modèles « traditionnels » permettent aux chercheurs de reconstituer l'histoire des changements génétiques, mais ils 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.
Fin 2019, Berv a commencé à travailler avec Stephen Smith, professeur d’écologie et de biologie évolutive à l’UM, qui développait un outil logiciel permettant de suivre de plus près la composition de l’ADN au fil du temps et dans 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 déclaré que cela permettait au « modèle » d’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 étude, ces changements ont été concentrés dans le temps, sur une période d’environ 5 millions d’années après l’extinction massive de la fin du Crétacé, explique Berv. Leur approche leur a également permis d’estimer quelles caractéristiques des oiseaux étaient les plus étroitement associées à ces changements dans la composition de l’ADN.
« Il s’agit d’un type important de changement génétique que nous pensons pouvoir relier à l’extinction massive », a-t-il déclaré. « Pour autant que nous le sachions, les changements dans la composition de l’ADN n’ont jamais été associés de manière aussi claire à l’extinction massive de la fin du Crétacé. »
Daniel Field, professeur de paléontologie des vertébrés à
Le professeur de l'Université de Cambridge et co-auteur de l'étude s'est intéressé à la manière dont l'extinction massive de la fin du Crétacé a affecté l'évolution des oiseaux. Il a fourni des indications sur l'évolution des premiers oiseaux après l'extinction massive.
« Nous savons que les extinctions massives peuvent avoir des conséquences dramatiques sur la biodiversité, l’écologie et la forme des organismes. Notre étude souligne que ces extinctions 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. « Ces travaux approfondissent notre compréhension des impacts biologiques dramatiques des extinctions massives et soulignent que l’extinction massive qui a anéanti les dinosaures géants a été l’un des événements les plus importants sur le plan biologique de toute l’histoire de notre planète. »
Les chercheurs affirment qu’en assouplissant les hypothèses typiques utilisées en biologie évolutive, ils acquièrent une vision plus nuancée de la séquence d’événements qui se sont produits dans l’histoire ancienne des oiseaux.
« Nous n’avons pas l’habitude de considérer le changement de composition et de modèle de l’ADN dans l’arbre de la vie comme un changement qui se produit à un moment et à un endroit précis », a déclaré Smith. « Cette étude montre que nous avons probablement raté quelque chose. »
