Le tsunami du Tohoku en 2011 a fait bien plus que remodeler le littoral japonais. Il a réuni deux espèces de poissons étroitement apparentées dans des étangs nouvellement formés, où elles se sont largement croisées, et les scientifiques ont maintenant documenté comment l’ADN d’une espèce a été presque complètement éliminé de la population mixte en une décennie environ.
En 2012, 38 % des épinoches échantillonnées dans les étangs créés par le tsunami dans la ville d’Otsuchi, préfecture d’Iwate, étaient des hybrides, selon une étude publiée le 25 septembre dans Nature Ecology & Evolution. En 2020, la population était à nouveau constituée d’épinoches à trois épines d’eau douce presque pure. Étant donné que ces poissons produisent environ une génération par an, la majeure partie de l’ADN étranger a disparu en 10 générations environ.
Les résultats offrent une rare vue en temps réel de la façon dont les frontières entre les espèces résistent après qu’une catastrophe brise les barrières qui les séparent normalement. Cette question est de plus en plus pertinente à mesure que l’activité humaine et le changement climatique modifient les habitats et mettent en contact des espèces auparavant séparées.
Une catastrophe qui a ouvert un nouvel habitat
Le séisme de Tohoku, d’une magnitude de 9,0 à 9,1, le 11 mars 2011, a déclenché des vagues de tsunami qui ont frappé Otsuchi avec une hauteur supérieure à 10 mètres. Les vagues et l’affaissement du sol ont inondé ce qui était alors le centre-ville de la ville, créant de nouveaux étangs d’eau douce alimentés par des sources, selon l’équipe de recherche.
Les chercheurs pensent que le tsunami imminent a probablement transporté des épinoches marines de la mer du Japon, en provenance du Pacifique, tandis que le ressac a amené des épinoches à trois épines d’eau douce, en provenance de l’amont. Les deux espèces ont divergé il y a environ 680 000 ans et présentent un isolement reproductif fort mais incomplet, ce qui signifie qu’elles peuvent encore produire des hybrides.
L’équipe n’a identifié aucun hybride dans la ville d’Otsuchi avant le tsunami, ce qui, selon les auteurs, suggère que l’hybridation extensive a probablement été déclenchée par les modifications de l’habitat provoquées par le tsunami. Pendant neuf ans, les chercheurs ont collecté 2 698 épinoches dans 28 étangs en une seule année, et une enquête de marquage et de recapture a évalué la population de l’étang à environ 22 485 poissons.
La purge génétique expliquée
Lorsque deux espèces se croisent, leur progéniture porte un mélange des deux génomes. Au fil des générations ultérieures, ce mélange peut persister, ou la sélection naturelle peut éliminer les gènes d’une espèce. Les biologistes appellent le deuxième résultat la purge, et il permet aux espèces de rester distinctes même après l’hybridation.
À Otsuchi, la purge a commencé avec les gènes les plus importants pour séparer les espèces. Les régions du génome liées à la survie en eau douce, à la migration vers la mer, au choix du partenaire et à la stérilité des mâles hybrides ont perdu la plupart de leurs versions d’espèces marines au cours des premières générations. Le reste du génome marin a ensuite disparu sur la plupart des chromosomes du poisson, à l’exception de quelques endroits.
Les expériences sur le terrain ont permis de montrer pourquoi. Dans un enclos extérieur placé dans un étang créé par le tsunami, 53 des 60 jeunes épinoches d’eau douce ont survécu d’octobre au mois de mars suivant, contre seulement deux sur 60 épinoches marines. Dans un test distinct, les poissons porteurs de gènes d’espèces marines à certains endroits étaient plus susceptibles de nager en aval vers la mer, et les chercheurs n’ont jamais observé de migrants matures retournant dans les étangs.
» ont déclaré les auteurs de l’étude, Takuya Hosoki et Jun Kitano, dans un communiqué distribué via EurekAlert par leur organisme de recherche. Ils ne s’attendaient pas à ce que les régions du génome liées aux principales barrières reproductives soient purgées aussi rapidement, et ils ont été surpris de constater que la majeure partie du génome étranger continuait de disparaître au fil des générations suivantes. L’équipe de recherche comprenait des scientifiques de l’Institut national japonais de La génétique et huit autres établissements.
Forces et limites du record de neuf ans
L’étude évaluée par des pairs combine un échantillonnage sur le terrain à long terme avec des expériences et une modélisation informatique. Sa principale force réside dans les séries chronologiques. Les chercheurs ont suivi la population peu de temps après l’hybridation sur environ 10 générations, ce que peu d’études sur les animaux sauvages ont fait.
L’explication de la purge à l’échelle du génome provient cependant en grande partie de simulations. L’équipe a découvert qu’une poignée de gènes majeurs ne pouvaient pas, à eux seuls, expliquer le schéma complet. Leurs modèles suggèrent que de nombreuses incompatibilités génétiques faibles réparties dans le génome ont également contribué à éliminer l’ADN marin. Il s’agit d’une hypothèse étayée par la modélisation, et non d’un mécanisme directement mesuré. Parce que l’équipe a analysé un nombre relativement restreint de marqueurs génétiques, les auteurs affirment qu’un séquençage du génome entier sera nécessaire pour valider les modèles et identifier les mécanismes. Les données de séquence du projet sont déposées dans des archives publiques et les fichiers de support sont disponibles via le référentiel de données Dryad de l’étude.
Les résultats variaient également selon le site. Dans deux autres habitats touchés par le tsunami dans la région de Tohoku, Iwaizumi et Kuji, échantillonnés huit ans après la catastrophe, les hybrides ont conservé une plus grande part de l’ADN des espèces marines qu’à Otsuchi. Les chercheurs émettent l’hypothèse que les différences dans le nombre de poissons de chaque espèce arrivés au départ pourraient expliquer en partie cet écart.
Toutes les hybridations ne se terminent pas ainsi. L’article note qu’une paire d’épinoches à trois épines se forme dans un lac canadien s’est effondrée en une seule population hybride après une perturbation environnementale humaine, un processus connu sous le nom d’inversion de la spéciation. La paire d’espèces japonaises est plus génétiquement divergente et sa limite d’espèces est maintenue dans les trois habitats touchés par le tsunami étudiés.
Leçons pour un littoral en évolution
Les auteurs écrivent que l’hybridation peut également résulter des activités humaines et citent des recherches suggérant que la gravité des catastrophes naturelles, notamment les tsunamis, pourrait augmenter avec le changement climatique. C’est pour cette raison qu’ils soutiennent qu’il devient de plus en plus important de prédire le résultat de l’hybridation.
L’étude suggère que l’hybridation après une catastrophe n’efface pas automatiquement l’identité d’une espèce. Dans ce cas, où les espèces étaient relativement distinctes, la sélection a rétabli la limite en une décennie environ. Pour les paires d’espèces moins distinctes, le résultat peut être différent, c’est pourquoi les auteurs appellent à une surveillance plus en temps réel des espèces présentant différents degrés de divergence.
Les chercheurs affirment que leur prochaine question est de savoir si la combinaison de quelques barrières reproductrices fortes et de nombreuses incompatibilités génétiques faibles constitue un mécanisme général permettant de déterminer comment les limites des espèces survivent à l’hybridation.
Ce que les lecteurs veulent savoir
Qu’a révélé l’étude ?
Après le tsunami de 2011, 38 % des épinoches échantillonnées en 2012 dans de nouveaux étangs à Otsuchi, au Japon, étaient des hybrides de deux espèces. En 2020, l’ADN des espèces marines avait été presque complètement purgé, laissant une population d’eau douce presque pure.
Comment le tsunami a-t-il provoqué l’hybridation ?
Les chercheurs pensent que le tsunami a probablement transporté les épinoches marines vers l’intérieur des terres, tandis que le ressac a entraîné les épinoches d’eau douce en aval dans des étangs nouvellement formés alimentés par des sources, réunissant les deux espèces.
Que signifie la purge génétique ?
Il s’agit du processus par lequel la sélection naturelle supprime les gènes d’une espèce d’une population hybride au fil des générations, permettant ainsi à l’autre espèce de conserver son identité.
À quelle vitesse est-ce arrivé ?
La majeure partie du génome des espèces marines a disparu en une dizaine de générations. Étant donné que ces épinoches produisent environ une génération par an, cela a pris environ une décennie.
Est-ce que la même chose s’est produite partout ?
Pas au même degré. Sur deux autres sites touchés par le tsunami, Iwaizumi et Kuji, les hybrides ont conservé davantage d’ADN d’espèces marines, peut-être parce que des nombres différents de chaque espèce sont arrivés au départ.
Cela prouve-t-il comment toutes les espèces gèrent l’hybridation ?
Le mécanisme derrière la purge à l’échelle du génome est étayé par la modélisation, et les auteurs affirment qu’un séquençage du génome entier et des études sur d’autres paires d’espèces sont nécessaires pour vérifier si le modèle est général.
