Les poupées russes

Le professeur au département de biologie de l'Université... (Le Soleil, Steve Deschênes)

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Le professeur au département de biologie de l'Université Laval Louis Bernatchez est l'un des membres du quatuor canado-américain ayant séquencé l'ADN mitochondrial de 5674 spécimens de poissons appartenant à 752 espèces différentes.

Le Soleil, Steve Deschênes

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Percées scientifiques 2011

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Percées scientifiques 2011

L'année 2011 a été riche en découvertes pour la communauté scientifique de la capitale. Le Soleil vous présente les percées les plus marquantes de l'année. »

(Québec) Pour un coup de filet, c'en est tout un. En une seule étude, un quatuor canado-américain de biologistes a trouvé 138 espèces de poissons nord-américains qui pourraient avoir été mal classifiées, dans la plupart des cas parce que là où l'on ne voyait qu'une seule espèce, la génétique suggère qu'il y en aurait plusieurs. La diversité des poissons du continent pourrait s'en trouver gonflée de plus du quart.

Avec deux collègues de l'Ontario et des États-Unis, le professeur de l'Université Laval Louis Bernatchez et son doctorant Julien April - l'auteur principal de l'étude parue dans les Proceedings of the National Academy of Sciences - ont séquencé l'ADN mitochondrial de pas moins de 5674 spécimens de poissons appartenant à 752 espèces différentes. Ou, du moins, à ce qu'on croyait être 752 espèces...

Dans les cellules de tous les animaux et de toutes les plantes, on trouve des mitochondries, soit de petites structures où sont brûlés les sucres afin de fournir aux autres parties de la cellule l'énergie dont elles ont besoin. Ces mitochondries, cependant, étaient à l'origine des bactéries qui furent en quelque sorte «domestiquées» et annexées par nos ancêtres unicellulaires. Elles sont transmises uniquement par la mère, ont retenu leur capacité à se multiplier d'elles-mêmes et gardent encore leur ADN bactérien distinct, qui change à un rythme assez constant pour servir de «chronomètre évolutif».

C'est cet ADN que MM. April et Bernatchez ont étudié, dans le cadre d'un projet plus large, le Canadian Barcode of Life Network, qui travaille à bâtir une banque de données d'ADN mitochondrial (ADNmt) pour tous les animaux, afin de faciliter les comparaisons.

Dans l'ensemble, les chercheurs ont trouvé qu'à l'intérieur d'une même espèce, «nos» poissons varient en moyenne de 0,73 % - ce qui signifie, si l'on se représente l'ADN comme une longue chaîne de molécules, que 0,73 % des maillons diffèrent au sein d'une même espèce de poissons. C'est en soi plutôt intrigant, puisque d'autres «projets code-barres» similaires ont trouvé une diversité intraspécifique moyenne de seulement 0,39 % chez les poissons marins australiens et de 0,23 % chez les oiseaux nord-américains. «Cela peut s'expliquer par une mobilité génétique très restreinte due à la nature fragmentée des écosystèmes d'eau douce», écrivent les auteurs.

Mais plus déconcertant encore, les biologistes ont constaté que 138 des 752 espèces «officielles» montraient des écarts de plus de 2 %, seuil au-delà duquel on considère généralement que l'on a affaire à des espèces différentes.

Est-ce un bon critère pour distinguer les espèces? Disons qu'il n'en existe pas de parfait. D'un côté, certes, ces 2 % ont quelque chose d'arbitraire et peuvent classer comme des espèces séparées des animaux qui respectent pourtant la définition «classique» de l'espèce - soit des individus capables de se reproduire et dont la progéniture est fertile. Mais d'un autre côté, même ce critère classique peut conduire à des aberrations : à la limite, si l'on ne se fiait qu'au critère de la reproduction, on pourrait classer le lion et le tigre au sein d'une seule et même espèce (certains de leurs hybrides peuvent être fertiles), même si cela n'aurait pas beaucoup de sens en pratique - le lion et le tigre ne se croisant jamais dans la nature.

Alors, comme condition pour distinguer les espèces, les 2 % de différences dans l'ADNmt ne sont certainement pas moins bons que d'autres, puisqu'une telle distance génétique indique que les individus appartiennent à des populations qui ne se reproduisent plus ensemble et n'ont plus de contact génétique depuis très, très longtemps.

«En gros, comme standard de calibration temporelle, on dit que 2 % de différence correspond de façon grossière à un million d'années de séparation», explique M. Bernatchez.

Les travaux de ce dernier et de M. April ont donc permis de découvrir que sur les 752 espèces de poissons nord-américains que décrivent les manuels, pas moins de 138 réunissent en fait des populations qui sont coupées les unes des autres depuis au moins un million d'années - ce qui donne potentiellement pas moins de 211 espèces supplémentaires, puisque certaines des 138 se subdivisent en plus de deux populations.

Notons enfin, fait intéressant, que la diversité intraspécifique diminue avec la latitude : elle est plus grande aux États-Unis qu'au Canada. «C'est en partie pour des raisons purement historiques, explique M. Bernatchez : au nord du 46e parallèle, ce sont des régions qui ont été plusieurs fois complètement recouvertes par des glaciers au cours des derniers millions d'années. Alors la diversité de l'ADN mitochondrial repart à zéro à chaque fois [et la dernière date d'à peine 10 000 ans, N.D.L.R.]. Et le deuxième facteur possible, c'est le taux de métabolisme des poissons. Plus le poisson est petit, et plus son métabolisme est rapide; et plus l'habitat où il vit est chaud, plus le métabolisme est rapide aussi, car ce sont des animaux à sang froid.»

Un métabolisme plus rapide signifie que le poisson brûlera plus d'oxygène, et ce qui produira plus de déchets d'oxydation - les fameux «radicaux libres». Ceux-ci peuvent réagir avec beaucoup, beaucoup de substances différentes, dont l'ADNmt. Un métabolisme plus rapide accélère donc le rythme des mutations de l'ADNmt - ce qui arrive plus souvent au sud qu'au nord.

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