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Un échantillonnage représentatif
L'équipe d'Ole Seehausen avait déjà montré dans des publications précédentes que la forte radiation des Cichlidés était due à l'hybridation de deux lignées parentes. Ces deux lignées étaient à nouveau entrées en contact il y a 150 000 ans après avoir été longtemps séparées géographiquement et les descendants ont été plusieurs fois séparés puis à nouveau réunis en essaims d'hybrides au cours de la période turbulente qui a abouti à l'apparition du lac Victoria.
Les biologistes ont maintenant analysé le génome de 100 espèces de la radiation du lac Victoria en veillant à ce que les différents genres, modes de vie et types morphologiques des Cichlidés soient représentés. Ils ont comparé leurs résultats avec le génome de 20 espèces apparentées vivant dans d'autres lacs caractérisés par une spéciation lente ou moyennement rapide, ainsi qu'avec les données sur toutes les espèces de Cichlidés apparaissant dans la littérature scientifique et les bases de données.
Les figurants sur le devant de la scène
Les nouvelles données ont révélé l'existence d'une corrélation entre la vitesse de spéciation et le nombre d'indels dans le génome. Les indels (mot-valise formé à partir de «insertion» et «délétion») sont de courtes séquences d'ADN qui peuvent être absentes chez une espèce et présentes, parfois en plusieurs exemplaires, chez une espèce parente ; elles sont plus difficiles à détecter que les intervertissements de paires de bases (mutations ponctuelles) et jouaient jusqu'à présent un rôle très secondaire dans la théorie de l'évolution.
Les biologistes ont découvert des milliers de ces indels dans le génome de l'essaim d'hybrides du lac Victoria à la spéciation ultrarapide. Chez les lignées «plus lentes» d'autres lacs, leur nombre était beaucoup plus faible ; tout indique que ces séquences variables d'ADN s'y sont accumulées plus lentement dans le génome et ce, à un rythme de ralentissement équivalent à celui de la spéciation.
Un potentiel à validité limitée
Des recherches sur la fonction des indels du lac Victoria ont révélé qu'un nombre remarquable d'entre eux étaient liés à l'alimentation, aux exigences en matière d'habitat et au choix du partenaire. Autrement dit, les Cichlidés du lac Victoria disposaient d'une grande réserve d'indels, capable de livrer des variantes importantes pour la formation de nouvelles espèces – que ce soit directement par le choix du partenaire ou indirectement par spécialisation – et grâce auxquelles les poissons ont pu occuper de nouvelles niches écologiques.
Lorsque, en même temps, les mutations ponctuelles des deux lignées ont été recombinées de diverses façons du fait de l'hybridation, les Cichlidés se sont trouvés dotés d'un énorme potentiel évolutif fait d'une multitude de variantes et combinaisons génétiques.
Dans un environnement monotone, ce potentiel aurait bientôt disparu car les variantes génétiques non exploitées se perdent rapidement – que ce soit par hasard ou par sélection naturelle. Mais le lac Victoria, dans son immensité et sa jeunesse, a apparemment offert une grande variété d'opportunités écologiques au cours des 15 000 dernières années, si bien que les poissons ont pu utiliser simultanément des centaines de variantes pour de nouvelles spécialisations parfois très complexes.
Ainsi, certains se sont spécialisés dans le râpage des algues dans les eaux claires du littoral tandis que d'autres développaient une vision très performante dans certaines fréquences de façon à pouvoir chasser d'autres poissons dans les eaux turbides des profondeurs. Et c'est grâce à des gènes sélectionnés bien antérieurement pour ces spécialisations et dont des copies pouvaient être reprises telles quelles par les nouvelles espèces après l'hybridation qu'ils ont pu le faire.
Étant donné que les variantes génétiques ont permis de développer des spécialisations nécessaires à la survie, elles ont été conservées et ont pu être recombinées à chaque nouvelle hybridation, ce qui a déclenché l'apparition de nouvelles espèces.
Un nouveau modèle
«Nous avons commencé à développer un modèle de l'évolution qui décrit les mécanismes à l'origine de nouvelles espèces sous la forme de réseaux plutôt que sous celle d'arbres phylogéniques, indique Ole Seehausen. Ces réseaux sont non seulement le lieu de l'apparition de nouvelles variantes génomiques mais également celui d'échanges répétés de matériel génétique ancien et nouveau entre les espèces. Ils offrent ainsi en permanence beaucoup plus de matériel génétique pour l'évolution.»
Pour savoir si le modèle permet également d'expliquer les différentes vitesses de spéciation chez d'autres groupes de poissons, les scientifiques de l'Eawag et de l'université de Berne l'utilisent actuellement pour étudier, notamment, la radiation des corégones apparue dans les lacs préalpins depuis la fin des dernières glaciations.