La recherche sur les phasmes montre une évolution prévisible à court terme, mais les changements à long terme introduisent une imprévisibilité en raison d'événements aléatoires et de nouvelles mutations.
Les chercheurs présentent des preuves de modèles évolutifs reproductibles dans les populations de phasmes de Californie, démontrant que même si l'évolution à court terme peut être prévisible en raison de pressions environnementales constantes telles que la prédation, les résultats évolutifs à long terme impliquent davantage de hasard en raison d'événements tels que des mutations et des changements climatiques.
Parmi les scientifiques évolutionnistes, il existe un débat de longue date qui ressemble à ceci : l’évolution se produit-elle selon un schéma prévisible ou dépend-elle d’événements fortuits et de contingences ? Autrement dit, si l’on pouvait remonter le temps, comme l’a décrit le célèbre scientifique Stephen Jay Gould (1941-2002) dans sa célèbre métaphore « Rejouer la bande de la vie », la vie sur Terre évoluerait-elle à nouveau comme quelque chose de similaire à ce qui se passe. nous le savons maintenant, ou cela serait-il très, très différent ?
Un geai arbustif avec un phasme Timema dans son bec. Crédit : Henri Truchassout
La complexité de l'évolution
« Si vous posez la question sous la forme d'une question soit/soit, c'est trop simpliste », déclare Zachariah Gompert, biologiste évolutionniste à l'Université d'État de l'Utah. « La réponse n'est pas « complètement aléatoire » ou « complètement déterministe et prévisible ». Et pourtant, en examinant des échelles de temps courtes, nous pouvons trouver des modèles évolutifs prévisibles et reproductibles.
Gompert et ses collègues rapportent des preuves d'une évolution reproductible dans les populations de phasmes dans l'édition en ligne du 24 mai 2024 de la revue de l'American Association for the Advancement of Science. Avancées scientifiques. Les auteurs collaborateurs de l'article comprennent Patrik Nosil, collaborateur de longue date de Gompert, et d'autres chercheurs de l'Université française de Montpellier, de l'Université fédérale de São Paulo au Brésil, de l'Université du Nevada, de Reno et de l'Université Notre Dame. La recherche est soutenue par la National Science Foundation et le Conseil européen de la recherche.
Un vert Timema cristinae le phasme morph se mélange à l'arbuste lilas de Californie (Ceanothus spinosus). Crédit : Aaron Comeault
Résultats de la recherche sur les phasmes
L’équipe a examiné trois décennies de données sur la fréquence des formes de couleurs cryptiques chez le phasme. espèces Timema cristinae dans dix populations se reproduisent naturellement en Californie. T. cristinae est polymorphe en ce qui concerne la couleur et le motif de son corps. Certains insectes sont verts, ce qui permet à l'insecte sans ailes et se nourrissant de plantes de se fondre dans le lilas de Californie (Ceanothus spinosus) des arbustes. En revanche, les formes à rayures vertes disparaissent contre la chamise (Adénostomie fasciculée) des arbustes.
Se cacher parmi les plantes est l'un des T. christinae Les oiseaux affamés, comme les geais des broussailles, sont des prédateurs insatiables des phasmes.
Un rayé Timema cristinae le phasme morph se confond avec un arbuste chamise (Adénostomie fasciculée). Crédit : Moritz Muschick
Modèles évolutifs et sélection naturelle
« La prédation des oiseaux est un facteur constant qui façonne les caractéristiques de l'organisme des insectes, notamment la coloration et les rayures ou non », explique Gompert, professeur agrégé au département de biologie de l'USU et au centre d'écologie de l'USU. « Nous avons observé des fluctuations prévisibles de la fréquence des rayures dans toutes les populations, représentant une dynamique évolutive reproductible basée sur la variation génétique permanente. »
Il dit qu'une expérience sur le terrain démontre que ces fluctuations impliquaient une sélection naturelle négative dépendante de la fréquence (NFDS), où les modèles de couleurs énigmatiques sont plus bénéfiques lorsqu'ils sont rares plutôt que courants. Cela est probablement dû au fait que les oiseaux développent une « image de recherche » pour les proies les plus courantes.
Zach Gompert, biologiste à l'Université d'État de l'Utah, et ses collègues observent des changements évolutifs récurrents au fil du temps chez les phasmes ; publier les résultats dans l’édition du 24 mai 2024 de Avancées scientifiques. Crédit : M. Muffoletto
Prévisibilité et caractère aléatoire de l'évolution
« À des échelles de temps courtes, l'évolution impliquant des variations existantes peut être tout à fait prévisible », explique Gompert, qui a reçu une subvention CAREER de la National Science Foundation en 2019 pour soutenir ses recherches. « Vous pouvez compter sur la présence constante de certains conducteurs, comme les oiseaux qui se nourrissent d'insectes. »
Mais à des échelles de temps plus longues, la dynamique évolutive devient moins prévisible.
« Les populations pourraient être confrontées à un événement fortuit, comme une grave sécheresse ou une inondation, qui perturberait le statu quo et donc les résultats prévisibles », explique Gompert.
Défis des études évolutionnistes
À long terme, une nouvelle mutation dans l’espèce pourrait introduire un trait rare, dit-il. « C'est à peu près aussi aléatoire que possible. »
« Les choses rares se perdent facilement par hasard, il y a donc une forte probabilité qu'une nouvelle mutation disparaisse avant de s'implanter », dit-il. « En effet, une autre espèce de Timema le phasme qui se nourrit également de chamise n'a jamais eu ou a rapidement perdu les mutations créant le trait cryptique des rayures. Ainsi, l’évolution de la rayure n’est pas un résultat reproductible de l’évolution à cette longue échelle.
Gompert note que les études répétées à long terme sur des populations naturelles, y compris les recherches sur les célèbres pinsons de Darwin, sont rares.
« Comme la plupart de ces travaux sont limités à une ou quelques populations, il est difficile de tirer des conclusions sur la répétabilité parmi plusieurs populations évolutives indépendantes », dit-il. « De telles études sont difficiles à mettre en œuvre, non seulement parce qu'elles nécessitent des efforts concertés, mais aussi parce qu'il est impossible de presser le temps. »
Gompert, qui est désigné chercheur de haut rang par ScholarGPS, a développé, avec des collègues de l'USU, un cours de laboratoire d'introduction à la biologie interactif et intensif en recherche pour initier les étudiants de premier cycle à la recherche. Lui et ses collègues ont également développé une présentation interactive sur l'évolution pour tous les âges, appelée « Les papillons de Nabokov », qui a été présentée au programme de sensibilisation du public Science Unwrapped de l'USU College of Science en 2022.
