L’adaptation à l’altitude favorise les différences au sein même des espèces

Étudier les variations de taille, de forme ou encore de coloration au sein même des espèces, c’est-à-dire entre les individus et les populations qu’ils composent, c’est un petit peu la base en biologie de l’évolution (et dans une certaine mesure, en écologie). En effet, comprendre comment les différences apparaissent et persistent (ou non d’ailleurs), c’est au bout du compte comprendre l’origine et l’évolution de la biodiversité. Après tout, que sont les espèces si ce ne sont des groupes d’individus (ou populations) qui ont suffisamment divergés les uns des autres pour être considérés comme des espèces à part entière. A la base, il y a les mutations génétiques, évènements normaux qui créent de manière aléatoire et aveugle de la variation. Et puis, il y a la sélection, sorte de crible que passe les individus portant les variations qui ne s’opposent pas trop à leur aptitude à survivre et à se reproduire. A cela s’ajoute bien sûr une bonne dose de hasard qui mettra par exemple parfois hors-course, même les individus « les plus aptes ». Mais l’environnement joue dans tous les cas un rôle prépondérant car la sélection évoquée ci-dessus reflète l’adaptation aux conditions locales et contraint par conséquent, la mise en place des différences entre individus et populations. Ces mécanismes sont donc très importants à déchiffrer pour comprendre comment les populations divergent les unes des autres et comment les espèces se forment.

Un des moyens d’étudier en quoi l’environnement influence l’évolution des animaux et des plantes consiste à décrypter les causes de la variation, et en particulier, des différences observables entre populations qui s’établissent le long de « gradients écologiques ». Il existe toutes sortes de gradients écologiques (d’humidité, de salinité, de température…) au travers desquels les conditions locales changent et le long desquels certains individus et groupes d’individus (les populations) s’adaptent en présentant de la variation (de taille, de forme, de couleurs…). Il est alors intéressant d’étudier en quoi les différences qu’on observe sont façonnées par une réponse à ces conditions changeantes au fur et à mesure qu’on se déplace dans l’espace. C’est ce qui m’a pas mal occupé pendant ma thèse au cours de laquelle, j’ai travaillé le long d’un gradient altitudinal allant du niveau de la mer jusqu’à plus de 2000 mètres d’altitude sur la côte Ouest de l’île de La Réunion. Avec mes collègues, nous avons mesuré, pesé et fait des prises de sang (pour effectuer des analyses génétiques) à quelques 400 individus provenant d’une petite vingtaine de sites d’étude afin d’étudier les causes de différences observables chez un petit oiseau endémique de l’île: le zostérops gris de La Réunion (Zosterops borbonicus).

Vue plongeante sur la côte Ouest de La Réunion… Des landes subalpines aux savanes des bas (Photo Joris Bertrand)

Des oiseaux montagnards, plus gaillards que leurs congénères du littoral

Chez cette espèce, les oiseaux d’altitude sont en moyenne plus « gros » que ceux du littoral. Si on compare les individus provenant du site d’étude situé au niveau de la mer à ceux provenant du site dont l’altitude est la plus haute (à plus de 2000 mètres), on constate que les oiseaux sont significativement plus grands et plus massifs en montagne. Leurs pattes, leurs ailes ainsi que leur queue sont plus longues (d’environ 6%) et ils sont en moyenne, également plus lourds (d’environ 13%). Ramené aux mensurations d’un homme adulte d’1 m 75 et 75 kilos, cela représente tout de même un excès de 10,5 cm et 4,5 kilos, ce qui n’aurait rien d’insignifiant si on comparait les habitants de deux villages distants de moins de 15 km l’un de l’autre. On pourrait penser que ces différences sont dues au hasard ou qu’elles n’ont pour le moins rien à voir avec une adaptation à l’environnement. Mais si on regarde plus en détail ce qui se passe quand on prend de l’altitude, on constate que cette augmentation se fait de manière assez régulière. Des données météorologiques nous ont permis de préciser que des facteurs tels que la température et la pluviométrie changeaient aussi régulièrement avec l’altitude sur la côte Ouest de l’île. Il fait bien plus froid à 2000 mètres que sur le littoral et les précipitations sont aussi bien plus importantes en montagne. Pendant que les oiseaux « des hauts » luttent parfois contre le gel, ceux « des bas » endurent des températures 30°C plus élevées. De la même manière, la végétation, les communautés d’araignées et d’insectes et d’une manière générale tout l’écosystème qui s’y développe changent et d’autres éléments comme le régime alimentaire des oiseaux varie aussi avec l’altitude. Ils n’ont donc pas à faire face aux mêmes contraintes et cela peut influer jusque sur leurs caractéristiques physiques.

Mais pourquoi donc les oiseaux montagnards seraient-ils plus « gros » (à tous les sens du terme) que ceux du littoral. La question reste en partie ouverte mais nous pouvons déjà avancer quelques hypothèses. Ce patron est cohérent avec une « règle » de la biogéographie appelée règle de Bergman et selon laquelle les animaux vivant dans des environnements froids sont plus imposants que leurs congénères. Cela s’expliquerait par le fait que des individus plus volumineux ont un rapport surface/volume qui leur permettrait d’être plus efficaces pour limiter les déperditions de chaleur. Si on se réfère à d’autres espèces animales, c’est une caractéristique qu’on observe parfois chez des tigres, des ours ou souvent chez des espèces présentes dans une large palette d’habitats.

Un zostérops gris de La Réunion vivant à 2000 m d’altitude… Certains individus sont presque deux fois plus lourds que les plus petits de ceux vivant sur le littoral (Photo Joris Bertrand)

Des oiseaux bien différents, même au delà des apparences

On a vu en quoi des différences d’ordre environnemental pouvaient mener à ce que des oiseaux adaptés à des conditions écologiques locales puissent présenter des différences physiques. Mais l’étude de leur degré de différenciation génétique nous a appris quelque chose d’autre. D’abord, les différences génétiques sont assez marquées entre les sites étudiés. Cela prouve que les oiseaux des différentes altitudes se mélangent relativement peu. C’est en soi un résultat assez intéressant pour des animaux capables de voler qui sont a priori les plus en mesure de s’affranchir des obstacles et des distances. Mais un autre résultat important de cette étude, c’est que nous avons mis en évidence une discontinuité soudaine dans la variation génétique à une altitude moyenne. Cette rupture, correspond à une barrière génétique (cachée) plus forte qu’ailleurs entre groupes de populations de haute et de basse altitude. Le fait qu’elle soit à ce point détectable jusque dans les gènes des oiseaux témoigne d’un isolement ancien et sa persistance suggère qu’aujourd’hui encore les mélanges sont limités de part et d’autre de cette zone de contact. Les oiseaux se considèrent t’ils comme différents au point de ne pas avoir envie de se reproduire les uns avec les autres? Sont-ils génétiquement incompatibles au point que les croisements engendrent des individus moins aptes à survivre et à se reproduire que leurs parents? Le mystère demeure en partie mais des études plus fines devraient bientôt permettre d’en savoir un petit peu plus.

Graphique illustrant les variations morphologiques (points blancs et ligne en pointillés) et génétiques (croix et courbe “en S”) chez les zostérops gris de La Réunion, le long du gradient altitudinal de la côte Ouest le La Réunion.

Implications pour l’étude de l’origine des espèces et l’adaptation de la biodiversité au réchauffement climatique…

Les résultats de ce travail s’inscrivent dans la continuité d’autres travaux scientifiques qui documentent qu’en présence de contraintes environnementales fortes et de déplacements limités, des différences apparaissent et peuvent perdurer. A terme, la différenciation s’accentue et les populations peuvent évoluer suffisamment isolées les unes des autres pour devenir au fil des générations des espèces différentes. A des échelles de temps qui nous sont plus faciles à appréhender, étudier comment évoluent les populations le long de gradients écologiques comme les gradients altitudinaux peut permettre de mieux prédire si, et comment les être vivants arriveront à s’adapter à l’évolution de leurs conditions de vie dans un contexte de changement climatique. Dans la mesure où un déplacement altitudinal de quelques centaines de mètres correspond à un déplacement latitudinal de plusieurs centaines de kilomètres, les gradients altitudinaux constituent de précieux laboratoires naturels pour anticiper la dynamique spatiale des aires de répartition des espèces. De plus, s’il est avéré que l’élévation des températures permet à certaines espèces d’animaux et de plantes d’étendre leur aire de distribution en s’établissant à des altitudes de plus en plus élevées, il y a du soucis à se faire pour celles qui sont déjà spécialisées et adaptées aux conditions des sommets, car elles ne pourront pas monter plus haut.

Et pour finir, un oiseau côtier du Sud de l’île (Photo Joris Bertrand)

Publicité