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Les secrets de l’évolution vus d’un papillon

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La fameuse phalène du bouleau, papillon dont la rapide et spectaculaire évolution est prise en exemple dans tous les livres de génétique, vient de révéler certains de ses secrets. Son changement de couleur serait probablement dû à un seul gène, porté par une région particulièrement mutagène.

Les phalènes du bouleau peuvent être plus ou moins foncées en fonction de leurs gènes. © Reanimator86, Wikimedia, CC by-sa 3.0

La phalène du bouleau, un papillon de nuit, est l'un des exemples les plus parlants du mécanisme de l'évolution. Il est d'ailleurs cité dans la majorité des ouvrages expliquant la théorie de Darwin, du fait de sa très rapide évolution. Une équipe de l'Université de Liverpool a enfin découvert le secret de son adaptation, qui lui a permis de survivre à deux modifications consécutives de son environnement.

Ce papillon, vivant dans les villes d'Angleterre, est naturellement paré d'une robe blanche tachetée de noir. Elle lui permet de se confondre avec l'écorce lorsqu'il est posé sur le tronc d'un bouleau, et ainsi d'échapper à la vue des prédateurs. Mais au milieu du XIXe siècle, au moment même où l'industrialisation a pris de l'ampleur, les naturalistes ont observé l'apparition d'un nouveau type de phalène. Des individus appartenant à cette espèce (Biston betularia) ont adopté une robe entièrement noire, et sont finalement devenus largement majoritaires (plus de 90 % des phalènes) à la fin du siècle.

Pour devenir invisible, changer de couleur !

À cette époque, la modification de leur couleur leur conférait un avantage évolutif évident puisque les troncs des bouleaux, couverts de résidus de charbon, avaient eux-mêmes noirci. Les papillons blancs, appelés typica, étaient donc très visibles sur ces troncs, alors que les individus noirs, nommés carbonara, passaient désormais inaperçus aux yeux des oiseaux chasseurs.

Le phénomène inverse s'est produit dès la fin de l'ère industrielle au milieu du XXe siècle, grâce à la diminution de la pollution : les bouleaux ayant repris leur couleur naturelle, les phalènes ont progressivement retrouvé leur robe claire poivrée puisque les individus noirs, devenus plus visibles, étaient davantage chassés et avaient donc moins de descendants.

Les phalènes du bouleau existent en version claire ou noire ! © Olaf Leillinger, Wikimedia, CC by-sa 2.5

Un mélanisme à chercher dans les gènes

Si la compréhension du phénomène évolutif dépassait les scientifiques de l'époque qui ne connaissaient pas l'ADN et encore moins les mutations génétiques, on sait aujourd'hui que ce phénomène est dû à une adaptation au niveau génétique. Celle-ci entraîne au niveau des ailes du papillon un mélanisme, autrement dit une augmentation de la quantité de mélanine, un pigment foncé également retrouvé chez l'Homme et qui lui confère son bronzage.

Malgré cela, le mécanisme exact de cette modification génétique conservait encore des secrets. L'adaptation s'est-elle réalisée en une fois, c'est-à-dire grâce à la mutation d'un seul gène, ou au contraire est-elle le fruit de plusieurs mutations et donc d'un processus plus long ? Un nouvel article, paru dans la prestigieuse revue Science, répond enfin à la question, plus d'un siècle et demi plus tard !

Une mutation que le papillon doit à ses ancêtres

Ilik Saccheri, un généticien de l'Université de Liverpool, et son équipe, ont utilisé les outils de la biologie moléculaire pour aller plus loin. En analysant la descendance issue de croisements entre des papillons de couleurs différentes et en prélevant et analysant 80 phalènes du bouleau de couleur noire issus des quatre coins de Grande-Bretagne, les chercheurs ont identifié le rôle dans le mélanisme d'une région chromosomique de 200.000 paires de bases. Cette région est orthologue (c'est-à-dire qu'elle provient du même ancêtre commun) à celle d'une région du chromosome 17 du ver à soie.

Étonnamment, cette région coïncide avec un point chaud de mutation, puisqu'elle porte aussi l'ensemble des gènes connus qui régulent les motifs et les couleurs des ailes chez d'autres lépidoptères. C'est donc une région particulièrement mutagène, qui existait déjà chez les ancêtres de beaucoup de papillons. « Je pense que nous avons une forte preuve que le mélanisme industriel au Royaume-Uni est né d'une seule et récente mutation », explique Ilik Saccheri. « Néanmoins, davantage de recherches sont nécessaires pour identifier la modification exacte de l'ADN qui a conduit aux changements de couleur ».

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