Les biologistes observent des changements évolutifs récurrents, au fil du temps, chez les phasmes

Un débat de longue date parmi les scientifiques évolutionnistes ressemble à ceci : l’évolution se produit-elle selon un schéma prévisible ou dépend-elle d’événements fortuits et de contingences ? Autrement dit, si l’on pouvait remonter le temps, comme l’a décrit le célèbre scientifique Stephen Jay Gould (1941-2002) dans sa célèbre métaphore « Rejouer la bande de la vie », la vie sur Terre évoluerait-elle à nouveau comme quelque chose de similaire à ce que nous le savons maintenant, ou cela serait-il très, très différent ?

“Si vous posez la question sous la forme d'une question soit/soit, c'est trop simpliste”, déclare Zachariah Gompert, biologiste évolutionniste à l'Université d'État de l'Utah. “La réponse n'est pas “complètement aléatoire” ni “complètement déterministe et prévisible”. Et pourtant, en examinant des échelles de temps courtes, nous pouvons trouver des modèles évolutifs prévisibles et reproductibles. »

Gompert et ses collègues rapportent des preuves d'une évolution reproductible dans les populations de phasmes dans l'article “L'évolution se répète dans des études répétées à long terme dans la nature”, dans Avancées scientifiques. Les auteurs de l'article comprennent Patrik Nosil, collaborateur de longue date de Gompert, et d'autres chercheurs de l'Université française de Montpellier, de l'Université fédérale de São Paulo au Brésil, de l'Université du Nevada, de Reno et de l'Université Notre Dame.

L’équipe a examiné trois décennies de données sur la fréquence des formes cryptiques de motifs de couleurs chez l’espèce de phasme Timema cristinae dans dix populations naturellement reproduites en Californie. T. cristinae est polymorphe en ce qui concerne la couleur et le motif de son corps. Certains insectes sont verts, ce qui permet à l'insecte sans ailes et se nourrissant de plantes de se fondre dans les arbustes du lilas de Californie (Ceanothus spinosus). En revanche, les formes à rayures vertes disparaissent contre les arbustes chamise (Adenostoma fasciculatum).

Se cacher parmi les plantes est l'une des principales défenses de T. christinae, car les oiseaux affamés, tels que les geais des broussailles, sont des prédateurs insatiables des phasmes.

“La prédation des oiseaux est un facteur constant qui façonne les caractéristiques de l'organisme des insectes, notamment la coloration et les rayures ou non”, explique Gompert, professeur agrégé au département de biologie de l'USU et au centre d'écologie de l'USU. “Nous avons observé des fluctuations prévisibles de la fréquence des rayures dans toutes les populations, représentant une dynamique évolutive reproductible basée sur la variation génétique permanente.”

Il dit qu'une expérience sur le terrain démontre que ces fluctuations impliquaient une sélection naturelle négative dépendante de la fréquence (NFDS), où les modèles de couleurs énigmatiques sont plus bénéfiques lorsqu'ils sont rares plutôt que courants. Cela est probablement dû au fait que les oiseaux développent une « image de recherche » pour des proies très abondantes.

“À court terme, l'évolution impliquant des variations existantes peut être tout à fait prévisible”, explique Gompert. “Vous pouvez compter sur la présence constante de certains conducteurs, comme les oiseaux qui se nourrissent d'insectes.”

Mais à des échelles de temps plus longues, la dynamique évolutive devient moins prévisible.

“Les populations pourraient être confrontées à un événement fortuit, tel qu'une grave sécheresse ou une inondation, qui perturberait le statu quo et donc les résultats prévisibles”, explique Gompert.

À long terme, une nouvelle mutation dans l’espèce pourrait introduire un trait rare, dit-il. “C'est à peu près aussi aléatoire que possible.”

“Les choses rares se perdent facilement par hasard, il y a donc une forte probabilité qu'une nouvelle mutation disparaisse avant de s'implanter”, dit-il. “En effet, une autre espèce de phasme Timema qui se nourrit également de chamise n'a jamais eu ou a rapidement perdu les mutations créant le trait cryptique des rayures. Ainsi, l'évolution des rayures n'est pas un résultat reproductible de l'évolution à cette longue échelle.”

Gompert note que les études répétées à long terme sur des populations naturelles, y compris les recherches sur les célèbres pinsons de Darwin, sont rares.

“Comme la plupart de ces travaux sont limités à une ou quelques populations, il est difficile de tirer des conclusions sur la répétabilité parmi plusieurs populations évolutives indépendantes”, dit-il. “De telles études sont difficiles à mettre en œuvre, non seulement parce qu'elles nécessitent des efforts concertés, mais aussi parce qu'il n'est pas possible de presser le temps.”