Les chouettes changent progressivement de couleur

En trente ans, les effraies suisses sont devenues plus rousses et plus tachetées. En analysant le génome de plus de 3000 oiseaux, des scientifiques de l’Université de Lausanne ont pu identifier les variations génétiques liées aux modifications du plumage et mettre en évidence l’action de la sélection naturelle. Leurs résultats, publiés dans Nature Communications, montrent que l’évolution peut se produire rapidement dans la nature.
 

Du blanc immaculé au roux foncé, en passant par toutes les nuances de brun doré, le plumage des chouettes effraies recèle une incroyable diversité d’un individu à l’autre. Et tandis que certains oiseaux arborent de rares et discrètes taches sombres sur leur poitrail, ces motifs sont bien plus nombreux et marqués chez d’autres.

Des recherches menées à l’Unil ont montré que ces caractéristiques ne sont pas de simples particularités esthétiques. La couleur est liée à la fécondité ainsi qu’aux stratégies de chasse, et donc à l’alimentation. Les effraies blanches tirent par exemple profit de la lumière de la lune pour attaquer leurs proies (lire l’actualité). La moucheture est quant à elle associée à l’immunité et à la capacité à faire face au stress. Ainsi, les individus parsemés de grandes marques noires semblent notamment mieux résister à certaines situations de stress comme le manque de nourriture ou le parasitisme.

Un plumage en pleine évolution

Or cette diversité n'est pas figée, comme le révèle une étude menée par Tristan Cumer, chargé de recherche au Département d’écologie et évolution (DEE) de la Faculté de biologie et de médecine de l’Unil, dans l’équipe de Jérôme Goudet, professeur ordinaire. Publiés récemment dans Nature Communications, les résultats montrent qu’en l’espace de trente ans, les chouettes effraies suisses sont devenues progressivement plus rousses et présentent davantage de taches.

«En nous appuyant sur la quantité exceptionnelle de données recueillies par Alexandre Roulin et son groupe, qui suit ces rapaces sur le terrain depuis des décennies, nous avons pu séquencer le génome complet de plus de 3000 d’entre eux et identifier les variations de leur ADN liées à la coloration et à la moucheture. Il s’agit de l’une des analyses génétiques les plus approfondies jamais menées sur une population naturelle», souligne Jérôme Goudet, directeur des travaux, également affilié à l’Institut suisse de bioinformatique (SIB).

Concrètement, les scientifiques ont identifié les régions génétiques jouant un rôle majeur dans l’apparence du plumage. Parmi elles, un gène déjà connu, MC1R, et une zone située sur un chromosome sexuel, dont ils ont précisé le rôle dans la coloration et la moucheture.

«Il s’agit de l’une des analyses génétiques les plus approfondies jamais menées sur une population naturelle.»
Pr Jérôme Goudet, Département d’écologie et évolution de l’Unil

La sélection naturelle en action

Et ce n’est pas tout: si les chouettes arborent un plumage de plus en plus roux et tacheté, ce n’est pas uniquement le fruit du hasard. En étudiant comment certaines variations génétiques associées à la couleur et à la moucheture sont devenues plus ou moins fréquentes au fil du temps, les biologistes de l’Unil ont pu mettre en évidence l’action de la sélection naturelle. «Nous avons comparé les changements réellement observés à des simulations reproduisant une évolution purement aléatoire. Résultat: une variante génétique associée au roux est devenue bien plus fréquente, dans des proportions que le hasard ne peut expliquer. Seules les simulations incluant la sélection naturelle permettent de reproduire les changements observés », détaille Tristan Cumer, premier auteur de l’article. «Cette recherche, menée en collaboration avec la Station ornithologique suisse de Sempach, constitue l’un des rares exemples où les bases génétiques d’une évolution récente ont pu être retracées avec une telle précision dans la nature. Ce type de démonstration est bien plus difficile à réaliser chez des animaux vivant dans leur environnement que dans un laboratoire», complète Jérôme Goudet.

«Une variante génétique associée au roux est devenue bien plus fréquente, dans des proportions que le hasard ne peut expliquer. Seules les simulations incluant la sélection naturelle permettent de reproduire les changements observés.»
DrSc. Tristan Cumer, Département d’écologie et évolution de l’Unil

Reste une question essentielle: pourquoi les chouettes deviennent-elles plus rousses et plus mouchetées ? Si les travaux permettent de mieux comprendre les bases génétiques de cette évolution, les facteurs qui la favorisent restent à identifier. Alexandre Roulin, professeur ordinaire au DEE et coauteur de l’étude, évoque quelques pistes: «Une modification de la disponibilité des proies pourrait avoir favorisé les effraies rousses, qui consomment davantage de campagnols, tandis que les blanches se nourrissent plutôt de mulots. L’augmentation des taches pourrait, quant à elle, être liée à une intensification du stress environnemental. Malgré des différences de coloration très marquées entre les individus, il reste extrêmement difficile de déterminer quels facteurs écologiques expliquent ces variations», note le spécialiste.

«Par ailleurs, nous ne savons pas si la teinte du plumage est le caractère directement favorisé par la sélection naturelle, ajoute Jérôme Goudet. Le gène MC1R joue un rôle dans la pigmentation, mais il fait partie du système des mélanocortines qui a été associé à d’autres traits, comme la gestion du stress ou l’agressivité. Il est donc possible que la sélection agisse sur l’un d’eux et que le changement d’apparence des chouettes n’en soit qu’une conséquence.»

Un effort collectif de longue haleine

Ces résultats s’inscrivent dans un travail de fond mené depuis près de dix ans par Jérôme Goudet et son équipe pour décrypter le génome de l’effraie et en faire un modèle d’étude de l’évolution en milieu naturel. Les scientifiques ont notamment séquencé et assemblé le génome de référence de l’espèce, retracé son histoire évolutive à l’échelle de l’Europe et de la Méditerranée, étudié les mécanismes de recombinaison génétique, qui brassent l’ADN d’une génération à l’autre, ainsi que l’apparition et la transmission des mutations au sein des populations. « C’est grâce à la collaboration entre les équipes de terrain, les spécialistes de la génomique et les membres de plateformes technologiques de la Faculté de biologie et de médecine que nous pouvons mener des recherches d’une telle envergure », relève le professeur.

Aujourd’hui, les investigations se poursuivent entre autres grâce à des photographies analysées par ordinateur, qui permettront de mesurer plus précisément la couleur et la moucheture. L’équipe envisage également d’exploiter les données génétiques pour reconstituer la coloration d’oiseaux morts très jeunes et déterminer si certaines caractéristiques du plumage sont associées à de meilleures chances de survie.

À l’heure du changement climatique, comprendre l’évolution des espèces est essentiel

Au-delà du cas des chouettes effraies, l’étude publiée dans Nature Communications rappelle que l’évolution ne se joue pas uniquement sur des millions d’années: des modifications génétiques importantes peuvent aussi survenir en quelques décennies. Ici, trente ans, soit une dizaine de générations, ont suffi pour mettre en évidence les effets de la sélection naturelle. «Ces travaux sont porteurs d’un message encourageant: ils montrent que les espèces vivant dans leur milieu naturel peuvent évoluer en peu de temps. Cette capacité d’adaptation rapide pourrait les aider à faire face aux changements environnementaux, notamment au changement climatique», conclut Tristan Cumer.