Le grand risque des oiseaux chanteurs entraîne une grande récompense génétique

Les chercheurs de l’UM ont constaté que les espèces d’oiseaux chanteurs qui migrent des forêts boréales du nord des États-Unis et du Canada aux tropiques pour hiverner ont plus de diversité génétique que les espèces qui restent plus près de leurs lieux de reproduction du Nord, ne migrant pas ou migrant uniquement de courtes distances, par exemple, vers le sud des États-Unis.

Les chercheurs ont également constaté que les oiseaux migrateurs à distance sont moins susceptibles d’avoir un flux de gènes étendu ou le transfert de matériel génétique d’une population à une autre. Leurs résultats, qui mettent en évidence l’interaction entre la diversité génétique et les pressions du changement climatique et de l’impact humain sur l’habitat des oiseaux, sont publiés dans la revue Écologie et évolution de la nature.

Avoir une diversité génétique élevée signifie qu’une population a une largeur de variantes de gènes à la fois chez les individus et dans la population d’une espèce. La diversité génétique peut raconter une histoire de l’histoire évolutive d’une espèce: elle montre la variation génétique au sein de l’espèce que l’espèce a été maintenue par rapport à une plus grande fluctuation de la taille de la population tout au long de l’histoire.

« La migration à longue distance a évolué pour être une stratégie très réussie pour les oiseaux, car même si elle est difficile et nécessite une physiologie extraordinaire, cela leur permet de passer l’hiver du nord dans un endroit où ils bénéficient d’un taux de survie plus élevé », a déclaré l’auteur principal Benjamin Winger, professeur agrégé d’écologie et de biologie évolutionnaire et conservateur des oiseaux Benjamin au UM Museum of Zoology.

« Ce que les résultats de notre diversité génétique signifient probablement, c’est que ces migrants vraiment à distance ont eu des populations plus stables au cours de l’histoire évolutive, ce qui est incroyable car ils subissent ces migrations phénoménales et risquées. »

Migration, diversité génétique et flux de gènes

Les scientifiques réfléchissent à l’impact de la migration sur la génétique des populations d’oiseaux depuis longtemps, selon les chercheurs. Mais le coût de la technologie de séquençage génétique – au moins à l’échelle nécessaire pour faire ce type de comparaison entre les génomes qui étaient probablement très similaires – était une barrière.

Pourtant, l’ailier et les collègues ont commencé à échantillonner les populations d’oiseaux à travers la forêt boréale pour la recherche génétique il y a plus de 15 ans dans l’espoir de terminer l’étude, et ont également utilisé des échantillons génétiques de plusieurs collections de musées, dont le Musée de la zoologie UM.

Beaucoup d’oiseaux sont étroitement liés, mais ont des stratégies de migration différentes, dit Winger. Par exemple, les griffes ermites et les griffes de Swainson sont des espèces étroitement apparentées qui se reproduisent dans la même région boréale. Mais la grive ermite passe l’hiver plus au nord, dans le sud des États-Unis, et la grive de Swainson passe l’hiver en Amérique du Sud.

Les chercheurs ont d’abord examiné les génomes des oiseaux pour examiner l’impact de la migration à longue distance sur l’écoulement des gènes. Ce fut un défi, explique la première auteur Teresa Pegan, qui a terminé le travail en tant que doctorant à UM, car dans la forêt boréale, les populations de chaque espèce d’oiseaux étaient si étroitement liées. Ils vivaient tous dans des régions de la forêt boréale, la forêt principalement des conifères qui entoure le globe dans l’hémisphère nord.

« Nous avons spécifiquement conçu cette étude pour regarder ce vaste domaine qui fonctionne comme une seule population, ce qui signifie qu’il n’y a pas de barrières à travers elle », a déclaré Pegan, maintenant chercheur postdoctoral à l’Université Harvard. « Si un oiseau est né en Ontario, il n’y a pas grand-chose à l’empêcher de déménager au Manitoba s’il le voulait. »

Cela signifie que les populations d’oiseaux pourraient se mêler, mélanger leurs génomes et brouiller tous les modèles génétiques qui pourraient les distinguer. Tous les modèles que les chercheurs devraient trouver allaient être subtils.

Pour démêler ces différences subtiles, Pegan a séquencé 1 700 génomes des 35 espèces d’oiseaux. Elle a ensuite conçu une analyse informatique qui a permis aux chercheurs de rechercher des modèles génétiques au sein de chaque espèce. Ces schémas génétiques aideraient les chercheurs à déterminer le flux des gènes des oiseaux ou le mouvement des variantes génétiques à travers les populations de la forêt boréale.

Si les oiseaux migrateurs se déplaçaient fréquemment à travers le continent pour se reproduire et s’accoupler avec d’autres groupes de la même espèce, les chercheurs ne s’attendraient pas à voir des schémas génétiques qui sont en corrélation avec le contexte spatial, ou où les oiseaux se reproduisent. Ils ne s’attendraient pas à voir des modèles génétiques distincts.

Mais au lieu de cela, dans certaines espèces migratoires à longue distance, les chercheurs ont trouvé des corrélations entre les modèles génétiques et la localisation de reproduction dans la forêt boréale. Ces schémas apparaissent lorsque deux oiseaux de la même zone sont plus susceptibles d’être liés à l’un à l’autre qu’un oiseau à des centaines de kilomètres. Ces modèles distincts ont montré que les oiseaux qui étaient étroitement liés les uns aux autres restent spatialement proches les uns des autres pendant le temps évolutif, a déclaré Pegan. En d’autres termes, les oiseaux migrateurs reviennent fidèlement au même site de reproduction chaque année, malgré la migration de très longues distances pour l’hiver.

Les chercheurs ont également examiné l’impact de la migration sur la diversité génétique, sans s’attendre à trouver une influence démesurée.

« Mais à notre grande surprise – je suis presque tombé de ma chaise quand je l’ai trouvé – il y a en fait une relation vraiment remarquablement forte entre la distance de migration et la quantité de diversité génétique dans la population », a déclaré Pegan.

« C’est une influence tellement forte qu’il existe même une relation forte entre les oiseaux individuels de différentes espèces. Par exemple, si vous considérez un individu dans une espèce qui migre une distance plus longue, alors dans cette comparaison particulière, que l’oiseau a plus de diversité dans son propre génome qu’un individu qui ne migre pas ou ne migre pas à une distance plus courte. »

Impact humain et changement climatique

Les chercheurs disent que leurs résultats peuvent aider à fournir des informations de base pour les efforts de conservation pour aider ces oiseaux à survivre aux pressions du changement climatique et de l’impact humain sur leur habitat. Par exemple, leurs résultats montrent que certains groupes d’oiseaux reviennent à la même petite partie de la forêt chaque année pour se reproduire.

« La forêt boréale à travers le Canada et les États-Unis subissent une pression substantielle, non seulement du changement climatique, mais de l’extraction des ressources », a déclaré Winger. «La déforestation de la forêt boréale aux États-Unis et au Canada est plus grave que beaucoup de gens le pensent.

« Nous montrons que certaines espèces ont probablement beaucoup de flux de gènes, donc elles ont probablement beaucoup de mouvement dans toute la gamme de reproduction. Mais d’autres reviennent vraiment à la même parcelle de forêt chaque année, et celles-ci pourraient être plus sensibles à la déforestation. Ils peuvent être moins en mesure de voler à 10 miles s’ils reviennent et que leur site de nidification a été clair. »

Les co-auteurs comprennent des chercheurs de l’environnement et du changement climatique Canada, de l’Université de Lethbridge, du Royal Alberta Museum, du Cleveland Museum of Natural History, Spring Island Trust, du New York State Museum et de la Colorado State University.