La technologie vidéo pourrait transformer la façon dont les scientifiques surveillent les changements dans l’évolution et le développement des espèces

Les scientifiques ont réalisé une avancée majeure dans l’étude de l’évolution des espèces et ont fourni des preuves supplémentaires que la technologie visuelle de pointe peut être utilisée pour suivre les plus petits changements dans le développement de différents organismes.

De nouvelles recherches ont utilisé une combinaison de microscopes vidéo robotisés et de vision par ordinateur pour mesurer toutes les caractéristiques observables des embryons de trois espèces différentes.

Ces mesures ont été enregistrées sous forme de spectres d’énergie et, grâce à cela, les scientifiques ont pu comparer les changements entre les espèces ainsi que les différences précédemment documentées dans le timing d’événements de développement discrets.

Une analyse détaillée de ces soi-disant traits proxy énergétiques (EPT) a fourni aux chercheurs la première preuve que les timings traditionnellement mesurés des événements de développement sont associés à des changements beaucoup plus larges dans l’ensemble des caractéristiques observables d’un embryon.

Ils ont également constaté d’énormes changements dans les caractéristiques observables d’un embryon avant et après le début de chaque événement de développement.

Écrire dans Frontières de la physiologieles auteurs de l’étude affirment que l’application des leçons de la recherche a le potentiel de faire progresser la manière dont le développement et l’évolution sont étudiés, en permettant une évaluation plus approfondie du développement biologique et la capacité de combiner des données sur un large éventail d’espèces.

C’est quelque chose, ajoutent-ils, qui est particulièrement crucial à une époque où le climat et d’autres changements environnementaux ont un impact significatif – et dans de nombreux cas néfaste – sur de nombreuses parties du monde naturel.

L’étude a été dirigée par des scientifiques du groupe de recherche EmbryoPhenomics de l’Université de Plymouth, à l’École des sciences biologiques et marines, et s’appuie sur plus de 15 années de recherche révolutionnaire sur les moyens de surveiller le développement des embryons.

Le Dr Jamie McCoy, chercheur postdoctoral et auteur principal de l’étude, a déclaré : « Les avancées mises en évidence dans cet article sont essentielles pour répondre à la question fondamentale de savoir comment les espèces diffèrent dans la manière dont elles se développent. des principales façons dont les chercheurs étudient comment les changements dans le développement peuvent conduire l’évolution.

“Mais les résultats de notre étude suggèrent que mesurer le timing des événements de développement n’est que la pointe de l’iceberg en ce qui concerne la façon dont nous mesurons et analysons les changements évolutifs. En évaluant les EPT chez trois espèces différentes, nous avons vu comment ils pourraient nous fournir une approche alternative pour comprendre comment le développement mène à un changement évolutif.

La méthode EPT utilise des vidéos accélérées d’animaux au cours de leurs premières étapes de vie et les plus dynamiques.

Chaque vidéo est composée d’une série de pixels individuels, dont la luminosité fluctue d’une image à l’autre à mesure que les objets bougent, comme un cœur qui bat, des contractions musculaires ou la rotation de l’embryon entier entraîné par de minuscules poils.

Les chercheurs peuvent exploiter ces fluctuations des valeurs des pixels et les convertir en données de fréquence, ce qui leur permet de suivre un large éventail de différents aspects de la biologie de l’animal au fur et à mesure de son développement.

Les visuels résultants signifient qu’au lieu de choisir des parties individuelles de l’animal à mesurer, les scientifiques peuvent capturer toutes ses caractéristiques, telles que les changements de fréquence cardiaque ou de mouvement, et interroger les données de fréquence résultantes pour capturer une plus grande étendue de sa réponse biologique.

Le Dr Oliver Tills, auteur principal de l’étude, a été pionnier dans les études sur la phénomique de l’embryon depuis 2007 et a reçu en 2020 une bourse britannique pour les futurs leaders de la recherche et de l’innovation pour faire avancer ses travaux.

Il a ajouté : « Notre compréhension actuelle de la biologie est limitée par les technologies disponibles pour l’observer, et nous avons besoin d’une nouvelle approche technologique pour comprendre la période la plus complexe de l’histoire de la vie d’un organisme. Cette étude a de vastes implications pour faire progresser notre compréhension de le lien entre le développement biologique et l’évolution, et marque un pas en avant significatif dans la manière dont nous pourrions surveiller le développement des formes de vie sur toute notre planète.

Deux décennies d’expertise en biologie du développement

La méthode EPT utilisée dans la présente étude s’appuie sur des travaux pionniers commencés il y a près de 20 ans à l’aide de mesures manuelles.

Ce travail a été dirigé par le Dr Jennifer Smirthwaite et ses collègues de l’Université de Plymouth et de l’Université technique de Munich, et a documenté un certain nombre d’hétérochronies (changements dans le calendrier des événements de développement entre espèces) chez un certain nombre d’espèces d’escargots d’eau douce.

Les EPT ont été appliqués à trois espèces d’escargots d’eau douce issues de cette étude et visaient à comprendre si ces changements évolutifs dans les délais de développement étaient associés à des changements plus dimensionnels du phénotype.