Une étude montre qu’une adaptation physique et génomique généralisée à l’environnement peut se produire en quelques semaines :

Un membre du laboratoire de Paul Schmidt à l’Université de Pennsylvanie vérifie un enclos dans le verger expérimental mis en place pour étudier l’évolution des mouches des fruits. Les résultats trouvés ont documenté certains des taux d’adaptation les plus rapides jamais mesurés chez les animaux. Crédit: Eric Sucar / Université de Pennsylvanie :

Vous pensez que l’évolution est un processus lent et graduel ? Dis ça aux mouches des fruits. Dans un nouveau reportage en : La science:des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie ont utilisé une expérience de terrain contrôlée pour montrer que les mouches s’adaptaient rapidement aux conditions environnementales changeantes avec des altérations dans tout leur génome et dans une suite de caractéristiques physiques.

Au cours de l’expérience, qui n’a duré que quatre mois, les chercheurs ont documenté des modifications de 60 % du génome des mouches. Avec cette observation directe de l’adaptation rapide et continue en réponse à l’environnement – un phénomène connu sous le nom de suivi adaptatif – les biologistes ont établi un nouveau paradigme pour réfléchir à l’échelle de temps de l’évolution.

“C’était une idée intéressante mais que nous pensions improbable, jusqu’à ce que nous la montrions”, déclare Paul Schmidt, professeur de biologie à la Penn’s School of Arts & Sciences et auteur principal de l’article.

“Ce qui rend cela si excitant, c’est la résolution temporelle avec laquelle nous observons les processus évolutifs en temps réel”, déclare Seth Rudman, co-auteur principal de la publication qui a effectué le travail en tant que boursier postdoctoral à Penn et est maintenant assistant. professeur à l’Université de l’État de Washington.

À quelle vitesse :

On sait depuis longtemps que l’évolution peut progresser rapidement chez les mouches des fruits à courte durée de vie et à reproduction rapide. Mais la vitesse exacte reste incertaine, en particulier si plusieurs traits pourraient évoluer ensemble, de manière continue, en réponse à des changements environnementaux à court terme.

Dans des études antérieures dans des vergers de la région de Philadelphie, Schmidt et ses collègues avaient constaté que les mouches des fruits présentes au début de la saison de croissance étaient assez différentes de celles qui bourdonnaient à la fin de l’automne en termes de tolérance au stress, d’aptitude à la reproduction et même de pigmentation. Mais cette recherche n’a pas pu exclure la possibilité que de nouvelles mouches pénètrent dans la population, provoquant des changements spectaculaires.

Pour contrôler plus étroitement les circonstances de leurs études, l’équipe a développé un verger expérimental, situé sur une parcelle de terrain à Pennovation Works, à une courte distance du campus principal de Penn. Là, plusieurs enceintes permettent aux membres du laboratoire de Schmidt d’étudier les mouches dans des conditions environnementales réelles – froid, chaleur, pluie et tout – tout en empêchant les mouches d’entrer ou de s’échapper. Ainsi, les insectes présents dans les enclos à la fin d’une expérience sont connus pour être les descendants directs de ceux relâchés dans l’enclos au début de l’étude.

Vérification de l’évolution :

Les chercheurs ont commencé l’enquête actuelle en libérant 1 000 : Drosophile melanogaster : mouches des fruits dans chacun des 10 enclos en juillet 2014. Les mouches ont ensuite été nourries avec les mêmes régimes, mais autrement laissées à elles-mêmes. Au plus fort de l’expérience, chaque population était passée à environ 100 000 personnes.

Une fois par mois, l’équipe a retiré des mouches individuelles et 2 500 œufs de chaque enclos, les a élevés séparément, puis les a analysés pour six caractéristiques physiques différentes connues pour être régies par plusieurs gènes, comme le succès reproducteur et la tolérance au froid.

Adaptation rapide chez les mouches des fruits :

Dans une expérience de terrain contrôlée, des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie ont montré que les mouches des fruits s’adaptaient rapidement aux conditions environnementales changeantes, modifiant 60% de leurs génomes au cours d’une étude de quatre mois. Crédit: Seth Rudmann :

De plus, lors de chacun de ces contrôles mensuels, les chercheurs ont sélectionné au hasard 100 mouches de la population de chaque enceinte et ont séquencé leurs génomes en tant que groupe regroupé. Ce faisant, ils pourraient obtenir un instantané des fréquences alléliques changeantes – les variations à différents points du génome – au fil du temps.

Les preuves à la fois des données physiques et génomiques étaient claires : Les mouches évoluaient, s’adaptaient à leur environnement, et elles le faisaient plus rapidement que quiconque ne l’avait jamais mesuré auparavant.

“Nous voyons que les populations sont capables de suivre les différences dans l’environnement”, explique Schmidt. “Ce n’était pas une réponse à un événement unique et sélectif, comme une sécheresse. Les populations évoluaient et se déplaçaient constamment tout au long de l’expérience.”

Adaptation fluctuante :

Parce que les mouches ont une courte durée de vie, la période de quelques semaines entre chaque analyse s’est traduite par une à quatre générations de mouches, soit environ dix générations au cours de toute l’expérience.

Même ainsi, l’ampleur de l’adaptation était inattendue, avec plus de 60% du génome des mouches évoluant directement ou indirectement au cours de l’expérience. Schmidt et Rudman notent que cela ne signifie pas que la sélection évolutive agit sur plus de la moitié du génome – certains ADN sont entraînés lorsque d’autres parties changent dans un processus connu sous le nom de “projet génétique”.

Mais ce qui a rendu les résultats particulièrement convaincants, c’est que la direction de l’adaptation a changé plusieurs fois, oscillant comme un pendule à mesure que les conditions environnementales changeaient.

“Penser qu’un trait pouvait évoluer sur un certain nombre de semaines, puis inverser la direction le mois suivant, c’était très surprenant”, dit Rudman. “Cela brosse un tableau de l’adaptation et de la sélection vraiment dynamiques. La direction de la sélection naturelle change, les cibles changent et elles changent très rapidement.”

Des études antérieures, expliquent les chercheurs, pourraient bien avoir sous-estimé le taux d’adaptation, car elles ne regardaient que les changements génomiques entre deux points assez éloignés à la fois, disons, A et B. En regardant à plusieurs reprises et souvent la même population, cette expérience a été conçu pour révéler ce qui s’est passé entre – une route sinueuse d’adaptation de A à B à C et de retour à B – des fluctuations qui auraient été autrement invisibles.

Bien que les mouches des fruits se reproduisent sur une échelle de temps beaucoup plus comprimée que les humains, les chercheurs affirment que leurs découvertes sont pertinentes pour les espèces à vie plus longue et à régénération plus lente, comme les humains.

“Je dirais que ces processus se déroulent dans de nombreux organismes différents, mais ils sont plus difficiles à mesurer sur les échelles de temps appropriées”, explique Schmidt. “Ainsi, pour les mouches des fruits, les pressions pour s’adapter pourraient venir avec les saisons, mais pour les humains, cela pourrait être le changement climatique, l’agriculture, l’utilisation du lait comme source de nourriture. Cela pourrait être un phénomène général. Le fardeau est maintenant sur nous pour déterminer l’échelle de temps sur laquelle elle se produit.”

Rudman et Schmidt ont coécrit l’article avec Subhash Rajpurohit de Penn, Nicolas J. Betancourt et Jinjoo Hanna et Sharon I. Greenblum, Susanne Tilk, Tuya Yokoyama et Dmitri A. Petrov de l’Université de Stanford. Rudman, Greenblum et Rajpurohit ont partagé la première paternité.


Les microbiomes des mouches des fruits façonnent leur évolution :


Plus d’information:
Seth M. Rudman et al, observation directe du suivi adaptatif sur des échelles de temps écologiques chez la drosophile, La science: (2022). EST CE QUE JE: 10.1126 / science.abj7484. www.science.org/doi/10.1126/science.abj7484 :

Fourni par l’Université de Pennsylvanie :

Citation:: Une étude montre qu’une adaptation physique et génomique généralisée à l’environnement peut se produire en quelques semaines (2022, 17 mars) récupéré le 17 mars 2022 sur https://phys.org/news/2022-03-w out-physical-genomic-environment-weeks.html

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