Remonter le temps pour comprendre l’évolution des différences sexuelles
Le professeur Ehab Abouheif et ses collaborateurs ont mis au point une méthode leur permettant de recréer des étapes dans l'évolution des antennes des araignées d’eau. La particularité de cette étude réside dans le fait qu’elle propose des modèles génétiques pour expliquer un système naturel où les forces sélectives qui président à la transformation des traits observés sont déjà bien connues.
Le développement de différences sexuelles comme stratégie adaptative
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Les différences sexuelles sont à l’origine de certains des traits morphologiques les plus spectaculaires observés dans la nature, dont les riches couleurs du guppy mâle, le chatoyant plumage du paon, les imposantes défenses du morse et les larges bois de l’orignal. On croit que le conflit sexuel – la compétition copulatoire mâle-femelle – joue un rôle particulièrement important dans l’évolution des traits morphologiques qui distinguent les deux sexes.
Toutefois, les processus génétiques à l’origine de ces traits restent flous, et les scientifiques n’ont pas encore élucidé les mécanismes liés à leur évolution à partir de leurs formes ancestrales plus simples et moins élaborées. Chaque infime étape de l’évolution semble constituer un pas en avant, mais est-ce vraiment le cas?
Afin de rĂ©pondre Ă cette question, le professeur Locke Rowe, du DĂ©partement d’écologie et de biologie de l’évolution de l’UniversitĂ© de Toronto, et ses collaborateurs Ehab Abouheif, du DĂ©partement de biologie de l’UniversitĂ© Ć˝ĚŘÎ岻ÖĐ, et Abderrahman Khila, des universitĂ©s de Toronto et Ć˝ĚŘÎ岻ÖĐ, ont mis au point une mĂ©thode permettant de recrĂ©er ces Ă©tapes en remontant le temps et en observant la transformation de simples antennes en appendices plus complexes. Les antennes constituent notamment un système d’accrochage du mâle Ă la femelle au cours de l’accouplement et, selon les chercheurs, plus ce système est Ă©laborĂ©, plus il est efficace. Cette Ă©tude, intitulĂ©e Function, developmental genetics, and fitness consequences of a sexually antagonistic trait, a fait l’objet d’un article qui sera publiĂ© dans le numĂ©ro du 4 mai de la revue Science.
Dans le cadre de leurs travaux, les chercheurs se sont particulièrement intĂ©ressĂ©s au comportement des araignĂ©es d’eau de l’espèce Rheumatobates rileyi, chez lesquelles la guerre des sexes au moment de l’accouplement est facilement observable Ă la surface de l’eau. Il existe bel et bien chez cette espèce un conflit sexuel quant Ă la frĂ©quence des accouplements, l’intĂ©rĂŞt du mâle se portant vers des accouplements frĂ©quents, contrairement Ă la femelleĚý: les deux sexes ont donc dĂ©veloppĂ© des traits morphologiques favorisant leurs intĂ©rĂŞts respectifs.
« Au cours de l’évolution, ces traits particuliers aux mâles et aux femelles tendent Ă se dĂ©velopper de plus en plus rapidement, phĂ©nomène que l’on peut comparer Ă une vĂ©ritable course aux armementsĚý», explique le professeur Rowe.
Ainsi, chez les araignées d’eau, les antennes du mâle, qui étaient à l’origine de simples appendices sensoriels, ont évolué pour prendre la forme de dispositifs préhenseurs plus volumineux et plus élaborés.
À l’aide d’une caméra à grande vitesse, les chercheurs ont observé les activités d’accouplement de cet insecte, et découvert que chacune des structures de ses antennes – crochets, segments hypertrophiés et pics – semblait avoir été conçue dans le but précis d’accrocher la femelle. Ils ont ensuite déterminé quels étaient les gènes exprimés au cours du développement des antennes chez le mâle (immédiatement avant la maturation), car une fois les gènes connus, il devient possible d’en altérer l’expression et, ainsi, de modifier l’antenne. Les chercheurs ont donc identifié un gène particulièrement prometteur et en ont entravé l’expression par interférence ARN au cours du développement.
« Nous avons pu crĂ©er des mâles dotĂ©s d’une large gamme d’antennes, allant de simples appendices – semblables Ă ceux des femelles – Ă des organes extrĂŞmement Ă©laborĂ©s dotĂ©s de crochets et d’autres dispositifs prĂ©henseurs semblables Ă ceux observĂ©s aujourd’hui chez le mâleĚý», explique le professeur Abouheif.
Les chercheurs ont ensuite étudié des mâles dotés de différents types d’antennes afin de déterminer l’utilité de ces dernières comme système d’accrochage à la femelle. Ils ont alors remarqué que le succès reproducteur augmentait proportionnellement au degré d’évolution des antennes. « La compétition copulatoire pourrait donc expliquer la complexité toujours croissante de ces antennes », affirme le professeur Rowe.
La particularité de cette étude réside dans le fait qu’elle propose des modèles génétiques pour expliquer un système naturel où les forces sélectives qui président à la transformation des traits observés sont déjà bien connues. Elle constitue l’une des rares études de cas (avec celle de Darwin sur les pinsons) où les chercheurs ont pu établir un lien direct entre les forces de sélection connues, l’évolution des traits morphologiques et les processus génétiques sous-jacents.
Cette étude a été financée par le Programme des chaires de recherche du Canada, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et le Programme ATIP-Avenir du CNRS, en France.
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