L’extinction massive il y a 66 millions d’années a déclenché une évolution rapide du génome des oiseaux

Les archives fossiles nous disent que les premiers ancêtres des oiseaux vivants ont commencé leur voyage évolutif juste après l’extinction massive provoquée par l’astéroïde, mais les chercheurs ne savaient pas comment ils verraient cette histoire se refléter dans le génome des oiseaux. Aujourd’hui, une étude de l’Université du Michigan a identifié des changements importants dans le génome des oiseaux provoqués par l’extinction massive, appelée événement d’extinction massive de la fin du Crétacé, contribuant finalement à l’incroyable diversité des oiseaux vivants.

L’étude a examiné la trajectoire évolutive de tous les principaux groupes d’oiseaux et a trouvé des preuves de « fossiles génomiques » dans l’ADN des oiseaux qui marquent les étapes critiques de l’évolution alors que les oiseaux évoluaient vers plus de 10 000 espèces vivantes. La recherche est publiée sous forme d’article en libre accès dans la revue Avancées scientifiques.

« En étudiant l’ADN des oiseaux vivants, nous pouvons essayer de détecter des schémas de séquences génétiques qui ont changé juste après l’un des événements les plus importants de l’histoire de la Terre », a déclaré l’auteur principal Jake Berv, qui a terminé l’étude en tant que chercheur en sciences de la vie au Michigan. le Département d’écologie et de biologie évolutive de l’UM. « La signature de ces événements semble s’être imprimée dans le génome des survivants d’une manière que nous pouvons détecter des dizaines de millions d’années plus tard. »

Le génome d’un organisme vivant comprend quatre molécules nucléotidiques, désignées par les lettres A, T, G et C. L’ordre de ces nucléotides dans un génome définit le « plan » de la vie. Le code de l’ADN peut parfois évoluer de manière à modifier la composition globale des nucléotides de l’ADN dans l’ensemble du génome. Ces changements de composition sont cruciaux pour déterminer quel type de variation génétique est possible, contribuant au potentiel évolutif d’un organisme ou à sa capacité à évoluer.

Les chercheurs ont découvert que l’extinction massive avait provoqué des changements dans la composition des nucléotides. Ils ont également découvert que ces changements semblent être liés à la façon dont les oiseaux se développent en tant que bébés, à leur taille adulte et à leur métabolisme.

Par exemple, environ 3 à 5 millions d’années après l’extinction massive, les lignées d’oiseaux survivantes avaient tendance à développer des corps plus petits. Ils ont également changé leur façon de se développer en tant que nouveau-nés, avec davantage d’espèces devenant « nidicoles ». Cela signifie qu’ils sont encore très embryonnaires à l’éclosion, qu’ils ont besoin de leurs parents pour les nourrir et qu’ils peuvent mettre des semaines à s’envoler, explique Berv. Les oiseaux qui éclosent prêts à se débrouiller seuls, comme les poulets et les dindes, sont appelés « nidifuges ».

« Nous avons découvert que la taille du corps adulte et les schémas de développement avant l’éclosion sont deux caractéristiques importantes de la biologie des oiseaux que nous pouvons associer aux changements génétiques que nous détectons », a déclaré Berv, maintenant chercheur postdoctoral Schmidt AI in Science au Michigan Institute for de l’UM. Données et IA dans la société.

Berv affirme que l’un des défis les plus importants en biologie évolutive et en ornithologie consiste à déterminer les relations entre les principaux groupes d’oiseaux. Il est difficile de déterminer la structure de l’arbre de vie des oiseaux vivants. Au cours des 15 dernières années, les chercheurs ont utilisé des ensembles de données génomiques de plus en plus vastes pour tenter de résoudre le problème.

Auparavant, les chercheurs utilisaient des données génomiques pour étudier l’évolution du génome des oiseaux à l’aide de modèles statistiques reposant sur des hypothèses solides. Ces modèles « traditionnels » permettent aux chercheurs de reconstruire l’histoire des changements génétiques, mais ils supposent généralement que la composition de l’ADN, sa proportion de nucléotides A, T, G et C, ne change pas au cours de l’histoire de l’évolution.

Fin 2019, Berv a commencé à travailler avec Stephen Smith, professeur d’écologie et de biologie évolutive à l’UM, qui développait un outil logiciel permettant de suivre de plus près la composition de l’ADN au fil du temps et dans différentes branches de l’arbre de vie. Grâce à cet outil, les chercheurs ont pu assouplir l’hypothèse selon laquelle la composition de l’ADN reste constante. Smith a déclaré que cela permettait au « modèle » de l’évolution de l’ADN de varier à travers l’arbre évolutif et d’identifier les endroits où il y avait probablement un changement dans la composition de l’ADN.

Pour cette nouvelle recherche, ces changements ont été concentrés dans le temps, environ 5 millions d’années après l’extinction massive de la fin du Crétacé, explique Berv. Leur approche leur a également permis d’estimer quels traits des oiseaux étaient les plus étroitement associés à ces changements dans la composition de l’ADN.

« Il s’agit d’un type important de changement génétique que nous pensons pouvoir lier à l’extinction massive », a-t-il déclaré. « Pour autant que nous le sachions, les changements dans la composition de l’ADN n’ont jamais été associés de manière aussi claire à l’extinction massive de la fin du Crétacé. »

Daniel Field, professeur de paléontologie des vertébrés à l’Université de Cambridge et co-auteur de l’étude, s’est intéressé à comprendre comment l’extinction massive de la fin du Crétacé a affecté l’évolution des oiseaux. Il a fourni des conseils sur l’évolution des lève-tôt après l’extinction massive.

« Nous savons que les événements d’extinction massive peuvent affecter considérablement la biodiversité, l’écologie et la forme des organismes. Notre étude souligne que ces événements d’extinction peuvent en réalité influencer la biologie des organismes encore plus profondément – en modifiant des aspects importants de l’évolution des génomes », a déclaré Field. « Ce travail approfondit notre compréhension des impacts biologiques dramatiques des extinctions massives et souligne que l’extinction massive qui a anéanti les dinosaures géants a été l’un des événements les plus impactants sur le plan biologique dans toute l’histoire de notre planète. »

Les chercheurs affirment qu’en assouplissant les hypothèses typiques utilisées en biologie évolutive, ils construisent un aperçu plus nuancé de la séquence d’événements survenus au début de l’histoire des oiseaux.

« Nous n’avons généralement pas considéré le changement dans la composition et le modèle de l’ADN dans l’arbre de vie comme un changement indiquant que quelque chose d’intéressant s’est produit à un moment et dans un lieu particuliers », a déclaré Smith. « Cette étude montre qu’il nous manque probablement quelque chose. »

Les co-auteurs de l’UM incluent Benjamin Winger, professeur adjoint d’écologie et de biologie évolutive et conservateur des oiseaux au Musée de zoologie de l’UM, et Matt Friedman, professeur de sciences de la terre et de l’environnement et directeur du Musée de paléontologie de l’UM.

Parmi les autres co-auteurs de l’étude figurent Sonal Singhal, de la California State University ; Nathanaël Walker-Hale, Université de Cambridge ; Sean McHugh, Université de Washington ; J. Ryan Shipley, Institut fédéral suisse de recherche sur la forêt, la neige et le paysage ; Eliot Miller, laboratoire d’ornithologie de Cornell ; Rebecca Kimball et Edward Braun, Université de Floride ; Alex Dornburg, Université de Caroline du Nord ; C. Tomomi Parins-Fukuchi, Université de Toronto; et Richard Prum, Université de Yale.