Non hegoa, là la jambe

2016/05/11 Antton Alberdi Estibaritz - Biologian doktorea Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Ekologia

Cela a été l'objectif de cette thèse de doctorat que nous allons vous dire: déterminer la niche écologique d'un animal inconnu qui a été jusqu'à récemment hors de l'empreinte des scientifiques. Je veux dire le grand chauve-souris alpin (Plecotus macrobullaris), un animal très curieux et intéressant, comme vous le verrez. Il a été décrit pour la première fois en 2003 dans les Alpes autrichiennes et pendant quatre ans il a été responsable de mes sueurs, casseroles et jouissance.

En 2010, déjà si lointain, je me suis demandé pourquoi cette chauve-souris, contrairement au reste, est liée aux hautes montagnes. À la recherche d’une réponse, j’ai commencé à analyser la niche écologique de l’herbacé alpin avec les membres du groupe de travail Écologie et Évolution du Comportement de l’UPV/EHU: Où est enregistré cet animal? Où chassez-vous ? Quelles températures pouvez-vous supporter? Que mangez-vous ? Chacune de ces questions fait référence à un axe de niche écologique, et ce que je vais raconter ci-dessous est ce que j'ai appris dans les quatre années que nous avons passées à chercher des réponses.

Niche écologique grinnellois

Figure : Pour la modélisation de la niche écologique, on superpose les variables des conditions environnementales et on compare les valeurs des zones concrètes où vit l'espèce aux zones sélectionnées au hasard dans toute la zone (figure gauche). De cette façon, vous pouvez générer les courbes d'adéquation de chaque variable (que vous pouvez voir à droite). Dans le cas de l'herbacé alpin, plus l'accidentalité est grande, plus l'environnement est approprié. La température optimale est de 13ºC. Ed. Antton Alberdi

Pour commencer, définissons la niche écologique. Concept XX. Fondée au début du XXe siècle avec deux chercheurs. D'une part, Joseph Grinnell a défini la niche écologique comme un ensemble de conditions environnementales nécessaires à la survie d'une espèce en 1917. Selon Grinnell, dans chaque milieu naturel il y a certaines conditions, et chaque être abrite son espace dans cet ensemble de conditions. Les caractéristiques qui définissent la niche grinnellaise d'un être, que ce soit la température, l'humidité ou les heures de soleil, ne peuvent pas être modifiées par l'être lui-même, c'est-à-dire sont schénopoétiques. Il est donc possible de prédire la distribution spatiale de ces conditions et de les représenter sur des cartes. A partir de ces cartes, il est possible de connaître la niche grinnellaise des espèces par une approche connue sous le nom de modélisation de la niche environnementale (Figure 1). Cette technique compare les conditions environnementales des zones spécifiques dans lesquelles vit une espèce avec celles disponibles dans toute la zone pour déterminer quelles conditions à l'accès de l'animal. Ainsi, par exemple, nous avons appris que la grande oreille alpin vit dans des zones à une température moyenne de 5 à 25 °C par an et qu'elle a besoin topographiquement d'environnements très accidentés pour vivre. Autrement dit, l'herbacé alpin est une espèce qui vit exclusivement dans des zones en pente élevée dans la plage de températures précitée. Cette technique informatique sert également à connaître l'effet relatif de chacune des conditions analysées dans la détermination de la distribution de l'animal. Dans le cas de l'herbacé alpin, nous concluons que l'influence de la topographie est plus significative que celle du climat, c'est-à-dire que la répartition géographique de cette espèce est plus limitée par l'accidentalité du milieu que par la température. Pourquoi ?

Figure : Pour effectuer l'analyse moléculaire de la diète de l'hébreu alpin, nous effectuons les étapes suivantes. Après avoir extrait l'ADN des selles des chiroptères, nous avons amplifié le gène COX1 standardisé comme code à barres ADN (générer des millions de copies de gènes) par la technique appelée PCR. Par la suite, par séquençage de l'ADN, nous avons obtenu l'information génétique de tous les insectes ingérés par la chauve-souris et, en comparant cette information avec les données des bases de données publiques, connaître à quelle espèce correspondait chaque séquence. Enfin, la biologie de ces espèces d'insectes ingérés étant connue, on a déduit le même comportement que la chauve-souris, comme lieu de chasse. Ed. Antton Alberdi

Niche écologique rurale

La réponse est au-delà du domaine de la niche grinnellaise, défini par Elton dix ans plus tard. Charles Elton a abordé en 1927 le concept de niche écologique sous un autre angle et a élargi sa signification. Elton s'est concentré sur les ressources environnementales face aux conditions environnementales. En fait, tous les organismes ont besoin de certaines ressources, comme les aliments, le matériel de nidification ou les lieux de placement du réservoir, qui déterminent la niche écologique des organismes. Par conséquent, l'herbacé alpin a besoin de conditions topographiques spécifiques (niche grinnellois), car ce type d'environnements lui offre des ressources spécifiques (niche éltonaise). Contrairement au Grinnelliense, les ressources qui définissent la niche eltonaise interagissent avec l'être lui-même, c'est-à-dire à la différence de la température ou de l'humidité, l'abondance de nourriture peut être modifiée ou épuisée par l'effet de l'être lui-même. Par conséquent, la représentation de ces ressources sur des cartes est pratiquement impossible et nécessite d'autres méthodes pour les connaître.

Figure : (A) Mise en réseau pour la capture des chauves-souris sur la colline de l'Arrable (2.450 m. Ordesa). (B) Une grande oreille alpin à laquelle l'émetteur radio a adhéré dans le dos. (C) Radiodiffusion dans la zone de Pena Telera (2200 m, vallée de Tena). (D) Emplacement de deux repaires de chauves-souris à proximité du refuge de Goriz (2.250 m, Ordesa). (E) Une chauve-souris cachée dans une fente avec l'antenne de l'émetteur de la radio en vue. (F) Chauve-souris trouvée entre les pierres de Legarreta. Ed. Antton Alberdi

Pour les chauves-souris, deux sont les principales ressources limitantes : la nourriture et les gardiens. En ce qui concerne les aliments, la grande oreille alpin se nourrit des flancs des zones ouvertes des hautes montagnes, c'est-à-dire des papillons nocturnes qui habitent au-dessus de la côte supérieure des forêts. C'est ce qui a été déduit par des techniques moléculaires basées sur le code-barres ADN (Figure 2). Le code-barres ADN est une partie du génome d'animaux normalisés, une partie du gène appelé COX1, séquencé dans des millions d'animaux et mis à la disposition de tous les chercheurs dans des bases de données géantes. Ainsi, comme si c'était un code à barres d'un livre, en analysant l'ADN des restes d'un animal, comme des poils ou des plumes, nous pouvons savoir à quelle espèce il appartient. Dans le cas des herbivores alpins, nous avons étudié l'ADN de leurs excréments, et nous avons appris quelles espèces d'insectes ont mangé les chiroptères. À partir de cette information, il a été conclu, pour la première fois chez les chauves-souris, que les principaux habitats cinégétiques de l'herbacé alpin sont les pâturages et les chênes alpins.

Figure : Adéquation du milieu pour la grande oreille alpin (milieu très approprié en rouge et moyen totalement inadéquat en gris) : actuellement, il y a 21.000 ans (quand la température moyenne était 8 °C inférieure) et il y a 140.000 ans (température 4 °C supérieure). En abaissant la température, l'aptitude des habitants de la lignée occidentale (représentée en bleu) disparaît pratiquement et il en est de même pour la lignée orientale (représentée en rouge) en augmentant la température. Au cours des 1,5 millions d'années la température moyenne a été inférieure à celle actuelle (graphique ci-dessous), de sorte que la lignée occidentale a subi la situation la plus difficile, comme on peut le voir dans la structure génétique des populations. Ed. Antton Alberdi

La prochaine étape pour approfondir la niche eltonaise a été de déterminer l'utilisation qu'ils font des gardes. Pour ce faire, nous capturons les chauves-souris sur les prairies et les chênes de haute montagne et leur implantons des émetteurs radio (Figure 3). Ces appareils émettent des signaux radio chaque seconde et à travers des récepteurs on peut localiser la chauve-souris à tout moment. Pendant les sept jours, plus de quarante chauves-souris ont été suivies et on a déterminé où elles ont été gardées chaque jour. À notre grande surprise, les chauves-souris se sont retrouvées sur de grands murs rocheux situés entre 1500 et 2500 mètres et entre des pierres de gravier, rencontrant un comportement jamais décrit chez les chauves-souris. Après tout ce travail, nous savons donc que la chauve-souris alpine herbacée ne mange pas de sits, mais seulement des espaces ouverts des hautes montagnes, et qu'elle n'est pas conservée partout, mais dans de grands murs de pierre et de gravier. Ces ressources, ainsi que d'autres inconnus, forment la niche eltonaise de la grande oreille alpin.

De niche écologique à histoire évolutive

Un des avantages de connaître la niche écologique d'une espèce est qu'elle permet de prédire sa distribution spatiale. C'est-à-dire que, connaissant les conditions requises par une espèce et sa distribution spatiale, nous pouvons prédire quels sont les endroits appropriés pour une espèce et les représenter sur une carte d'adéquation (Figure 4). Si nous savons comment ces conditions et ressources ont évolué tout au long de l'histoire, nous pouvons également évaluer comment les zones appropriées pour l'espèce ont été modifiées dans le temps et, en combinant cette information avec des données moléculaires, reconstruire l'histoire évolutive d'une espèce.

Pour connaître l'histoire évolutive de la grande oreille alpin, nous avons soulevé une série d'hypothèses sur l'évolution de ses populations au fil du temps, sur la base de cartes d'adéquation. Pour tester ces hypothèses, les analyses génomiques de l'ADN ont été utilisées. Après avoir obtenu les échantillons de la membrane sud de 70 animaux répartis dans toute la distribution de l'espèce, on a procédé à l'extraction de l'ADN et au séquençage du génome mitochondrial complet, en utilisant la technique avancée connue comme séquençage de shotgune pour l'étude de l'ADN (Figure 5).

Les données génomiques ont révélé que la grande oreille alpin est divisée en deux lignées principales: Animaux des Pyrénées et des Alpes (lignée occidentale) et toutes les chaînes de montagnes les plus orientales (lignée orientale). Ces deux lignées ont été distribuées il y a environ 1,5 millions d'années et, en raison des glaciations qui ont eu lieu au cours de cette période, les deux populations ont évolué différemment. La lignée occidentale a formé une petite population avec une faible diversité génétique, qui a été fortement touchée par les glaciations, car en refroidissant les températures, l'environnement pyrénéen et alpin devient inapproprié pour la grande oreille alpin (figure 4), parce que ces zones deviennent trop froides. La situation de la lignée orientale, cependant, est complètement différente, car au cours de l'histoire, plusieurs sous-populations sont restées. Dans ce cas, en vivant dans des milieux plus tempérés, lorsque les températures se refroidissent, le degré d'adéquation augmente, ce qui facilite la survie des populations. Cette étude a permis de démontrer que les populations d'une même espèce peuvent avoir des réponses très différentes aux glaciations.

Figure : Pour connaître l'histoire évolutive de la grande oreille alpin, nous utilisons la méthode appelée séquençage shotgune (à gauche) dans les échantillons de 70 animaux. Cette méthode permet la reconstruction simultanée des génomes de nombreux échantillons. Une fois les génomes connus de tous les animaux, nous effectuons différentes analyses (à droite). Ce qui apparaît ci-dessus est un réseau de haplotypes, une technique qui relie les génomes en fonction de leurs ressemblances. Chaque point du réseau de haplotipados représente un génome et les différences entre les génomes. La partie inférieure est un arbre phylogénétique qui montre des relations temporaires entre les échantillons analysés depuis 1,75 millions d'années jusqu'à nos jours. Dans les deux figures apparaissent en bleu et vert les animaux pyrénéens et alpes (lignée occidentale) et en jaune, rouge, violet et rose les animaux des Balkans, Caucase, Turquie, Syrie et Iran (lignée orientale). Les deux analyses indiquent que la diversité génétique de la lignée occidentale est inférieure à celle de l'est, à savoir que toutes les chauves-souris sont plus apparentées. Ed. Antton Alberdi

Connaître le passé et le présent pour garantir l’avenir

Il y a quelques années, on connaissait peu de choses sur la chauve-souris oreillette alpin. Nous ne savions pas quelle était sa distribution, ce qu'elle mangeait, où elle était conservée et sans connaître cette information de base il est impossible de prendre les mesures adéquates de conservation. Le travail accompli, cependant, rend la situation actuelle complètement différente. Comme ce fut le cas avec cette espèce, avec l'aide de la technologie développée ces dernières années, nous comprenons le fonctionnement de nombreux éléments et processus de la nature; par la recherche, nous transformons ce qui était autrefois un mystère en une connaissance enracinée par les preuves. Il est maintenant de la responsabilité de tous d'apporter toutes ces informations à un niveau pratique et d'adopter les mesures appropriées pour assurer la survie de la grande oreille alpin et des autres éléments et processus de la nature. Aujourd'hui, comme jamais, il est entre nos mains.

Bibliographie Bibliographie

HEBERT, P.D. (1); CYWINSKA, A.; BALL, S.L. ; DEWAARD, J.R. (2003) : Biological identifications through DNA barcodes. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 270, 313-321.

PHILIPS, S.; DUDIK, M.(2008): Modélisation des distributions with Maxent: new extensions and a comprehensive evaluation. Ecography, 31, 161-175.

SPITZENBERGER, F.; STRELKOV, P.; HARING, E. (2003): "Morphology and mitochondrial DNA sequences show that Plecotus alpinus Kiefer Veith, 2002 and Plecotus microdontus Spitzenberger, 2002 are synonyms of Plecotus macrobullaris Kuzjakin, 1965". Nature croate, 12, 39-53.

STEWART, J.R. LISTER, A.M. ; BARNES, I.; DALEN, L. (2010): "Refuges revisited: individualistic responses of species in space and time". Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 277, 661-671.