Les yeux et le développement de la terre à la mer des baleines
Les yeux et le développement de la terre à la mer des baleines. Des chercheurs du Collège de Toronto ont clarifié la transition évolutive des premiers ancêtres des baleines on-shore à la recherche de nourriture en haute mer, recommandant que ces ancêtres aient des systèmes visuels capables de s’adapter rapidement à l’obscurité.
Leurs découvertes montrent que l’ancêtre commun des baleines vivantes était déjà un plongeur profond, capable d’observer dans la zone crépusculaire bleue de l’océan, avec des yeux qui s’adaptaient rapidement aux conditions sombres, alors que la baleine se précipitait sur une profonde bouffée de la surface de l’air.
“Dans l’évolution de la plongée avec les baleines, la question de savoir quand la recherche de nourriture en haute mer a progressé”, a déclaré Belinda Chang, professeure aux Départements d’Écologie et de Biologie Évolutive et de Biologie Cellulaire et Systémique de la Faculté des Arts et des Sciences. “Et il semble que d’après nos données, cela se soit produit avant que les baleines à dents et à fanons ne se séparent. L’ancêtre commun de tous les cétacés vivants était la plongée plus profonde – et plus tard, les espèces ont développé toute l’expertise variée de recherche de nourriture que nous voyons chez les baleines et les dauphins modernes aujourd’hui.
Les yeux et le développement de la terre à la mer des baleines: un ancêtre commun avec les hippopotames
Chang a collaboré avec Sarah Dungan, une ancienne membre du laboratoire de Chang qui a un doctorat en écologie et biologie évolutive de l’U de T, sur une étude définissant leurs expériences, leur analyse informatique et leurs résultats dans les procédures de l’Académie nationale des sciences.
La plongée profonde par des créatures marines est l’une des transitions évolutives importantes, avec les voyages motorisés et la vie sur terre, et révèle beaucoup sur la rapidité avec laquelle la vie peut s’adapter dans un monde en transformation.
Les baleines se sont développées à partir de mammifères qui partagent un ancêtre commun avec les hippopotames et qui étaient partiellement aquatiques. Le secret le plus puissant de leur transition vers la recherche de nourriture en haute mer était la rapidité avec laquelle cette capacité s’est développée. Dungan et Chang ont observé des fossiles de baleines au niveau moléculaire et se sont concentrés sur la protéine rhodopsine, qui absorbe la lumière et envoie également un signal qui traverse la rétine jusqu’au cerveau.
“L’un des aspects les plus intrigants de cette transition évolutive emblématique de la terre à la mer, est que les qualités de l’environnement visuel ont complètement changé”, déclare Chang. “Cela a aidé à définir quels gènes pourraient être les plus fascinants à cibler pour nous dans nos études.”
Les modèles de science de l’information robustes
Dungan a appliqué des modèles de science de l’information robustes aux protéines de rhodopsine de diverses baleines vivantes et de mammifères apparentés. Cet examen informatisé a révélé une séquence de gènes représentant la rhodopsine trouvée dans l’ancêtre commun de toutes les baleines vivantes. Elle a exprimé ce gène dans des cellules cultivées en laboratoire pour “réanimer” la protéine prévue et expérimenter sur des échantillons purifiés.
“Les archives fossiles sont la condition d’or pour comprendre la biologie transformatrice”, explique Dungan. “Cependant, malgré ce que Jurassic Park voudrait vous faire croire, l’extraction d’ADN à partir de spécimens fossiles est rare, car la condition a tendance dêtre mauvaise. Donc, supposons que vous vous intéressiez à la progression des gènes et de l’ADN. Dans ce cas, vous dépendez de la modélisation mathématique et d’un échantillon solide de gènes d’organismes vivants pour compléter ce que nous savons des archives fossiles.
Dungan et Chang ont été surpris par les propriétés biochimiques de la protéine ressuscitée par rapport aux créatures terrestres. La première rhodopsine de baleine était plus sensible à la lumière bleue qui pénètre le plus profondément dans l’océan, à un degré qui dépassait les attentes. Ses propriétés biochimiques suggèrent également que les rétines des premières baleines pourraient réagir rapidement aux changements de niveaux de lumière.
Les nombreux types de baleines
Les yeux et le développement de la terre à la mer des baleines. Les premières baleines ont finalement évolué pour devenir les nombreux types de baleines à dents et de baleines à fanons que nous voyons aujourd’hui. Au fur et à mesure que des espèces distinctes de baleines se sont développées, elles ont établi des niches écologiques à différents niveaux de la mer et même dans les rivières d’eau douce. Les travaux de Dungan et Chang révèlent qu’il y a eu d’autres ajustements évolutifs lorsque les participants des deux équipes sont apparus dès les premiers degrés profonds, pour chasser plus près de la surface ou se sont spécialisés pour devenir des plongeurs encore plus extrêmes.
‘‘J’ai toujours été intéressé par les baleines’’, déclare Dungan. L’idée qu’il y avait un mammifère terrestre comme moi qui s’est finalement développé pour vivre sous l’eau m’a époustouflé quand j’étais jeune, même si je ne comprenais vraiment pas précisément ce que cela signifiait à l’époque.
La résurrection des protéines ancestrales
“Il est étonnant que nous puissions maintenant avoir un tel aperçu du mode de vie d’un organisme éteint depuis longtemps, simplement en faisant des expériences au laboratoire, sur une seule protéine. La résurrection des protéines ancestrales est pour nous, une méthode incroyablement puissante pour interroger la progression d’organismes anciens que la plupart des gens ne comprennent pas ». Ajoute-t-elle.
Ensuite, Dungan et Chang envisagent de ressusciter les protéines de baleine ancestrales qui communiquent le signal lumineux de la rhodopsine de la rétine au cerveau pour offrir un aperçu des adaptations neurologiques associées à la plongée profonde. Ils pénétreront donc les anciens ajustements évolutifs associés à de nouveaux comportements et voudront acquérir une meilleure compréhension de la façon dont les animaux peuvent s’adapter à un monde en mutation.
Référence:
Sarah Z. Dungan et al, La rhodopsine de baleine ancienne reconstruit la vision dans la pénombre au cours d’une transition évolutive majeure. Implications pour le comportement de plongée ancestral, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2118145119
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