La mémé des ours blancs

Où il est question d’ours bruns et d’ours blancs, de la notion d’espèce, et des phylogénies basées sur l’ADN mitochondrial

C’est dans la presse : on a retrouvé la grand-mère des ours polaires ! Attention, de tous les ours polaires. Dans une dépêche AFP [Afp] reprise çà et là, la biologiste Beth Shapiro l’affirme : « tous les ours polaires vivants descendent d’une ourse brune relativement récente ».

Résumons l’histoire. Il s’agit d’une étude (dirigée précisément par cette madame Shapiro) portant sur 242 échantillons d’ADN mitochondrial d’ours polaires et d’ours bruns, dont des ours irlandais fossiles (les échantillons sont répartis sur les 120 000 dernières années). Les résultats, publiés dans Current Biology sous le titre Ancient Hybridization and an Irish Origin for the Modern Polar Bear Matriline [Ed], impliquent que tous les ours polaires descendent d’une ourse brune irlandaise (le contact entre les populations ayant été possible lors de la dernière glaciation).

Stupeur et confusion. J’ai donc décidé de vous en parler, chers petits amis, car ceci m’inspire des commentaires sur deux choses : primo, la question de l’espèce : si les ours polaires descendent d’une ourse brune, ce sont des ours bruns ! Et secondo, j’ai l’intuition qu’une petite clarification sur l’interprétation qu’on peut faire de cette nouvelle n’est pas tout à fait inutile.

Les ours, combien de divisions ?

Ce qui m’a fait bondir, c’est que j’aurais parié ma culotte contre un crocodile Haribo que les ours polaires et les ours bruns faisaient partie d’espèces différentes. La taxonomie est avec moi : les ours bruns, on les appelle délicatement Ursus arctos, et les ours polaires c’est Ursus maritimus. Et que dire de leur morphologie, leurs habitudes alimentaires ? L’ours brun est omnivore (même s’il ne crache pas sur le gigot d’agneau), l’ours polaire mange surtout du phoque… ’fin vous voyez bien que c’est pas du tout du tout les mêmes bestioles !

Mais dans cette même dépêche AFP, cette bonne Beth insiste : « plusieurs hybrides adultes, comme des « pizzlys » issus du croisement entre un ours polaire et un ours brun grizzly, ont été recensés ces dernières années. ». Et ces hybrides ont même droit à un article dans Wikipédia – on les appelle des pizzlys ou des grolars (personnellement, j’hésiterais avant de leur donner du « gros lard ! » en face). D’autres sources confirment [Gu] : on peut observer des hybridations, et les hybrides sont féconds ! Les ours polaires seraient même plus proches génétiquement de certaines populations d’ours bruns que ne le sont des populations d’ours bruns entre elles.

Dans mon jugement sur la spécificité de ces ours, j’ai fait une erreur classique : je me suis arrêté à la morphologie, alors que l’espèce est définie par l’interfécondité :

C’est en comparant la nature d’aujourd’hui avec celle des autres temps et les individus actuels avec les individus passés, que nous avons pris une idée nette de ce qu’on appelle espèce, et la comparaison du nombre ou de la ressemblance n’est qu’une aide accessoire et souvent indépendante de la première, car l’âne ressemble au cheval plus que le barbet au lévrier, et cependant le barbet et le lévrier ne font qu’une même espèce, puisqu’ils produisent ensemble des individus.
Buffon, cité dans l’excellent [De].

Il faut apporter quelques nuances, en particulier on demande que les individus résultants de ces unions soient eux-même féconds ; la définition moderne d’espèce a été donnée par Mayr :

Une espèce est une population ou un ensemble de populations dont les individus peuvent effectivement ou potentiellement se reproduire entre eux et engendrer une descendance viable et féconde, dans des conditions naturelles.
Ernst Mayr, Systematics and the Origin of Species, 1942 (cité dans Wikipédia, article Espèce)

Il reste un point important : « dans des conditions naturelles ». La rareté des hybrides entre ours bruns et ours polaires peut être un argument pour les considérer comme des espèces distinctes – mais les diverses populations d’ours bruns, toutes classées Ursus arctos, sont isolées les unes des autres et n’ont guère d’occasion de se reproduire entre elles… Bref, l’ours polaire pourrait presque être considéré comme une race d’ours bruns ! Ou comme une sous-espèce, qui serait peut-être mieux nommée Ursus arctos maritimus, et de fait cette forme est souvent rencontrée (479 000 résultats annoncés dans Google, contre 678 000 pour Ursus maritimus).

Je vous avoue que j’en ai pris un vieux coup, quand-même, avec cette histoire… On ne peut plus faire confiance à personne, si les ours bruns et les ours polaires sont une seule et même espèce, où va-t-on ? On va bientôt s’apercevoir que le Captain Cap avait raison, que les ours blancs sont de vieux ours, comme les hommes qui ont les cheveux blancs sont de vieux hommes et que l’ours blanc ne prend cette forme allongée que grâce à son régime exclusivement ichtyophagique [Al] !

La grand-mère de tous les ours

Contrairement à ce qu’on pourrait croire en première lecture, l’affirmation que tous les ours polaires descendent d’une (unique) ourse brune irlandaise n’implique pas que toutes les autres ourses contemporaines de cette aïeule n’ont pas de descendance à notre époque.

Les mitochondries

Les mitochondries sont des organites (de petits organes) qu’on trouve en grand nombre dans les cellules eucaryotes (les cellules animales et végétales). Elles jouent un rôle primordial dans la respiration de la cellule.
Une cellule eukaryote

Les mitochondries contiennent leur propre ADN ; contrairement à l’ADN nucléaire (celui qui est contenu dans le noyau de la cellule !) qui provient du père et de la mère de chaque individu, les mitochondries ne sont transmises que par la mère (il y a de rares exceptions, qu’on peut négliger). Elles permettent donc de suivre les lignées maternelles. Pourquoi s’intéresser particulièrement aux lignées maternelles, direz-vous ? En fait, c’est un choix imposé par des contraintes techniques : comme les mitochondries sont en très grand nombre dans la cellule, l’ADN mitochondrial est beaucoup plus abondant que l’ADN nucléaire ; ce qui explique que quand on utilise des fossiles, où l’ADN n’a pas été très bien conservé, on extrait plus facilement de l’ADN mitochondrial utilisable que de l’ADN nucléaire.

La façon dont on procède est grosso modo la suivante : on part du fait que toutes les mitochondries des ours ont un ancêtre (mitochondrial) commun ; et que les différences observées entre les ADN mitochondriaux sont dues aux mutations accumulées au fil du temps. On utilise alors des techniques d’analyse statistique qui permettent de reconstruire l’apparentement entre les populations et de dater les divergences, à partir justement de ces différences observées (on parle de phylogénie  pour en savoir plus, voir ce billet sur le chouette blog de M. Colin). Le résultat est un arbre généalogique des différentes populations d’ours  cet arbre ne vaut que pour l’ADN mitochondrial, et donc pour la lignée maternelle !

Ainsi, dire que tous les ours polaires descendent d’une unique ourse irlandaise ne veut pas dire que la descendance de toutes les autres ourses a fini par s’éteindre : il suffit qu’une ourse n’ait que des oursons mâles pour que son ADN mitochondrial ne soit pas transmis à ses petits enfants. L’image suivante montre quatre générations d’une petite population d’ours ; on a indiqué les relations entre les mamans ourses et leurs enfants, laissant de côté les papas ours qui ne transmettent pas leurs mitochondries.

Quatre générations d’ours

Supposons qu’à la première génération, il y ait huit types de mitochondries, différents d’un ours à l’autre (on les notera a, b, …, h selon l’ours qui les porte à cette génération). Seules les mamans ourses transmettent les mitochondries, donc à la seconde génération nous n’avons plus que les mitochondries b, d, f et h. Mais seules d, f et h sont portées par une ourse à cette génération, et donc ce sont les seules à passer à la génération 3 !

À la génération 3, on a donc des mitochondries de type d, f et h, mais seules les mitochondries d et h sont présentes chez une ourses et passent en génération 4. Vous voyez enfin qu’à cette dernière génération, seules les mitochondries de type d sont présentes chez les ourses ; à la génération suivante, tous les ours porteront les mitochondries de type d. Mais cela n’empêche pas que toutes les autres ourses de la génération 1 ont une descendance (à travers les relations papa ours – ourson que je n’ai pas dessinées ici), seul leur ADN mitochondrial s’est perdu au fil des générations.

L’étude [Ed] montre donc que l’ADN mitochondrial des ours polaires est très apparenté à celui des anciens ours bruns irlandais, ce qui démontre un contact entre les deux populations. Ce contact est assez récent, car la divergence est estimée avoir eu lieu il y a de 20 à 50 000 ans. Ce qui est surprenant, c’est qu’à cette époque, la population d’ours polaire était déjà bien installée, et sans doute bien différentiée génétiquement ; l’ADN mitochondrial des ourses irlandaises a donc réussi à « envahir » cette population en un temps relativement faible… Une autre chose étonnante reliée à celle-ci, c’est que (du point de vue mitochondrial) les ours polaires sont plus proches des anciens ours irlandais qu’ils ne le sont des ours bruns qui vivent sur les îles proches des côtes de l’Alaska. Enfin, comme disait Fisher, l’évolution est une machine à fabriquer des évènements improbables :

Let the reader attempt to calculate the prior probability that a hundred generations of his ancestry in the direct male line should each have left at least one son. The odds against such a contingency as it would have appeared to his hundredth ancestor (about the time of King Solomon) would require for their expression forty-four figures of the decimal notation; yet this improbable event has certainly happened.
Ronald Fisher, Retrospect of criticisms of the theory of natural selection 1954 (lu dans Wikiquote).

Je vais conclure ce paragraphe en insistant lourdement : ce résultat ne nous dit rien sur la proportion d’ADN nucléaire que cette « Ève mitochondriale » des ours blancs a pu laisser à sa descendance, il est sans doute minime ! Il faudrait travailler sur l’ADN nucléaire pour le savoir…

Une dernière petite chose : on nous a fait le coup aussi, à nous autres Homo Sapiens, de l’Ève mitochondriale (voir l’article dans Wikipédia). Nous en reparlerons peut-être…

Pour finir…

Enfin, en ce qui concerne l’histoire des populations d’ours : ne perdons pas de vue qu’il ne s’agit que d’une étude isolée, et que rien n’est définitif… rien n’exclu que d’autres données viennent contredire celles-ci, ou même qu’une seconde analyse des mêmes données donne des résultats différents (l’analyse emploie des méthodes bayésiennes assez délicates, et je serais bien en peine d’en commenter les détails). Pour se faire une idée, il faudrait commencer par regarder les autres études qui ont été publiées sur cette question. Mais vous ne trouvez pas cette note déjà bien assez longue ?! Nous laisserons cela de côté…

Il n’en reste pas moins que ce fut l’occasion d’une petite causerie amusante…

Hervé


Références

Crédits image : la généalogie des ours utilise une icône dessinée par Frédéric Bellaiche, qui l’a placée sous licence GPL. Lien vers l’image originale (Wikimedia Commons).

Ça sent pas bon cette histoire…

Qui n’a jamais dit ca ?? Et sincèrement, en ce qui nous concerne, le discernement est souvent en dessous de la réalité ! À savoir qu’à l’intérieur de nos petites narines (quand elles ne sont pas bouchées…) nous ne disposons que de 10 cm² de muqueuse dédiée à l’olfaction quand un chien en a au moins 200 cm² ! De plus, le chien possède quarante fois plus de neurones spécialisés dans le décryptage des odeurs par rapport à l’homme. En résulte un sens 100 à 200 000 fois plus développé chez le chien, avec la capacité de se représenter un monde olfactif, alors que l’homme, sauf exceptions comme les « nez« , est incapable de définir une odeur précise dans un ensemble d’odeur. Moralité ? Il vaut mieux croire un chien qui trouve que ça pue qu’un humain…

Humour (douteux) mis à part, l’olfaction est un sens vital pour de nombreuses espèces. Il leur est par exemple utile ou nécessaire pour la chasse, l’évitement des prédateurs, pour la reconnaissance et le marquage du territoire, pour la communication entre individu par messages olfactifs, pour la recherche de partenaires sexuels, etc. Et, comme je le suppute plus haut, ce sens est moins utilisé chez l’être humain que chez de nombreux mammifères. Ce qui explique qu’il est plus rare de voir un humain renifler le derrière d’un de ses congénères. Mais à défaut d’avoir du flair, l’homme a de l’imagination et sait tirer avantages de ces observations pour sauver des vies.

Alors oui, c’est vrai, vous allez me dire que les chiens sont depuis longtemps sollicités pour détecter les stupéfiants et les explosifs. Mais pour le coup le talent d’Aspirant, berger belge malinois de 6 ans, a de quoi en surprendre plus d’un. En effet, cet animal est capable de renifler le cancer de la prostate ! En 2007, le professeur Cussenot, urologue à l’hôpital Tenon, à Paris, fermement convaincu que l’incroyable odorat des chiens peut être utilisé à des fins médicales, demande au ministère de la Défense de mobiliser une équipe cynophile de l’armée de l’air pour mener cette expérience unique en France.

Aspirant au travailAspirant au travail

Partant du principe que chaque maladie a une odeur bien spécifique, l’équipe a entrainé Aspirant à reconnaître l’odeur de l’urine de patient atteint du cancer de la prostate. Surprenant me direz-vous ? Oui, mais en fait, cette technique ne date pas d’hier! En l’absence d’autres moyens, les médecins détectaient jadis le diabète en goutant l’urine de leurs patients et ceci en partie grâce aux travaux de l’imminent médecin anglais du XVIIème siècle, Thomas Willis, qui avait observé que leurs urines avaient un goût sucré (ou glycosurie).

Ainsi, 9 mois de conditionnement pour Aspirant ont suffit à ce qu’il soit capable de détecter la maladie à chaque fois. Et sa fiabilité en fait un outil redoutable: plus de 90% de réussite alors que la fiabilité de ce qui est utilisé en pratique est de 20%. « J’étais confiant sur les résultats des tests, affirme le professeur Cussenot. En reniflant les urines cancéreuses, le chien détecte une combinaison de molécules présentes dans l’air. Cette signature olfactive est toujours identique, comme pour la composition d’un parfum. »

A présent, l’objectif du professeur Cussenot est d’isoler les molécules détectées par Aspirant afin de mettre au point un nez artificiel proche du système olfactif du chien en vue de détecter le cancer de la prostate par un simple test d’urine. Le Dr Cussenot espère y parvenir d’ici à deux ans. Cela serait une véritable révolution pour les patients qui n’auraient plus à subir de biopsies, méthode basée sur une opération chirurgicale beaucoup plus invasive, douloureuse, couteuse et bien souvent inutile si le patient n’est pas atteint (concernant 70% des hommes déclarés positif au cancer après un dépistage sanguin). Il serait également tout à fait envisageable, vu la réussite, de généraliser cette technique pour le dépistage d’autres cancers.

Autre exemple, l’organisation non gouvernementale (ONG) belge Apopo, dresse des rats de Gambie à la détection de mines anti-personnel. De la même façon que pour leur homologue canin, les rats sont dressés pour reconnaitre le bruit et l’odeur d’une mine. Leur légèreté empêchant tout risque d’explosion le démineur peut ensuite « tranquillement » désamorcer la mine. Technique Ô combien utile car toutes les trentes minutes, une personne dans le monde est tuée ou mutilée par l’explosion d’une mine. On dénombre ainsi 15 à 20 000 victimes par an, dont 85% de civils et 19% d’enfants.

Rat de Gambie ou rat géant en plein exercice de détection

Récemment cette même ONG a décidé d’entraîner ces rongeurs géants au dépistage de la tuberculose. L’approche est simple, on donne à renifler à des rats une série de trous sous lesquels sont alignés des échantillons de crachats humains, et les rats détectent les échantillons contenant la bactérie de la tuberculose. Une même personne peut réaliser, en laboratoire, une vingtaine de diagnostics microscopiques de la tuberculose par jour. Les rats eux, peuvent en effectuer une centaine en vingt minutes. Et ça, ça sent bon pour l’avenir du dépistage !

Ambre


Références:

Les stratégies du pique-assiette

La vie de parasites, ce n’est pas tous les jours facile. Quand on parle de parasites, on pense souvent aux ecto-parasites telles que la tique ou la sangsue, sournoisement tapies dans les herbes, qui n’attendent que la belle saison pour se repaître de nos gambettes nues et appétissantes. Mais il existe aussi une incroyable diversité de parasites internes, qui s’installent dans les tissus de leur hôte et profitent de cet environnement constant et favorable (il fait chaud, il y a à manger, c’est douillet, etc etc). En exemple, nous trouvons le tristement célèbre paludisme (unicellulaire se transmettant à l’homme via une espèce de moustique : l’anophèle), la petite douve du foie (petit animal parasitant le foie des moutons et se transmettant via un escargot puis une fourmi), ou encore le nématomorphe, parasite du criquet, dont j’avais parlé dans mon blog « le fabuleux destin du pingouin » ( dans cet article, vidéo carrément stupéfiante à voir absolument !).

Mais avant d’arriver dans l’hôte final, c’est à dire l’hôte dans lequel le parasite va se reproduire, ce dernier doit affronter de nombreux obstacles. Comme dans le cas de la petite douve du foie, les œufs pondus par le parasite se retrouvent éjectés à l’extérieur du mouton via les fèces. Leur mission, s’ils l’acceptent, est de se retrouver à nouveau dans le corps d’un mouton. Pour cela, la douve du foie passe par de multiples phases : d’abord elle se fait manger par un escargot qui va sécréter des boulettes contenant des petits parasites, dont les fourmis raffolent !!! Ainsi, ces fourmis parasitées, gambadant joyeusement dans l’herbe, finiront éventuellement par se faire manger par……….un mouton ! Mission accomplie.

Cycle de vie de la petite douve du foie

Et là vous vous dites : Mais quelle est donc la probabilité pour que cela marche?

Et bien l’évolution a été confrontée à la même question et le parasite doit parfois donner un petit coup de pouce  afin d’améliorer son taux de transmission. Pour cela, certains parasites ont élaboré des facultés absolument extraordinaires de manipulation du comportement de leurs hôtes. Le parasite a en effet 3 (gros) problèmes :

1/Être mangé pour se transmettre,

2/Être mangé par le BON hôte final, mais aussi …

3/Ne PAS être mangé trop tôt s’il n’est pas encore prêt.

Pour le premier problème, plusieurs espèces de parasites poussent leurs hôtes à se faire consommer. Par exemple, un rat « normal » fuira dès qu’il sentira la présence d’un chat, mais un rat infecté par la toxoplasmose lui, n’aura plus aucun sentiment de peur, et ira rendre visite au chat (qui s’avère être l’hôte final de la toxoplasmose) comme à n’importe quelle autre curiosité. Malheureusement pour le rat et heureusement pour le parasite, ils finiront probablement dans la gueule du chat ! Good Game pour le parasite.

Je soupçonne Jerry d'être contaminée par la toxoplasmose !

Le second problème, c’est que le parasite et son hôte doivent être consommés par le bon prédateur, sinon c’est la fin pour le parasite qui ne pourra se reproduire. Par exemple, pour la toxoplasmose, l’humain est un cul de sac qui ne peut servir à compléter son cycle de vie. En gros, il ne faut pas se faire boulotter par n’importe qui ! Certains parasites ont donc des stratégies pour éviter cela en rendant inaccessible directement ou indirectement leur hôte. Par exemple, Polymorphus minutus, un parasite des oiseaux, passe d’abord par un hôte intermédiaire : le gammare Gammarus roeseli. Le gammare est cependant un proie appréciée par moultes espèces aquatiques et notamment par d’autres gammares comme Dikerogammarus villosis (D. villosis). Quand un gammare est infecté et mis en présence de D. villosis, il va avoir une forte tendance à fuir le milieu et à se rendre indisponible pour ce prédateur. Résultat, il sera moins consommé que les gammares non infectés qui n’auront pas eu cette réaction !

Enfin, dernier souci : le parasite n’est pas toujours mature lorsque l’hôte se fait manger et cela signe clairement son arrêt de mort. Donc, certaines stratégies ont évolué afin de réduire le risque de prédation de l’hôte. Un exemple fameux est celui du paludisme (Plasmodium yoelii nigeriensis), qui réduit la « motivation » de la femelle moustique (Anopheles stephensi) à aller se nourrir lorsque le petit plasmodium n’est pas prêt. En effet, non seulement le parasite ne pourrait pas se transmettre, mais en plus le moustique risquerait fortement de finir au paradis des moustiques plats. À l’inverse, quand il est prêt, il perturbe la notion de satiété du moustique et le rend bien plus courageux que de raison pour garantir la transmission.

Femelle moustique de l'espèce Anopheles stephensi en train de siroter son diner

Trois problèmes, trois stratégies ! Maintenant, la question est de savoir comment le parasite arrive à manipuler l’hôte tel un robot. Et bien c’est généralement la sécrétion de certaines molécules par le parasite qui sont en cause, et qui altèrent le bon fonctionnement neuronal des hôtes. Mais de plus amples recherches sont nécessaires à ce sujet, affaire à suivre !

Lydie

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Référence :

Les chouettes savantes présentent…

… leur journal !!!

A l’initiative de trois mordus de sciences,  ce blog de vulgarisation scientifique a pour but d’être  à la portée du plus grand nombre. Nous traiterons ici de sujets d’actualité, des travaux sur lesquels nous planchons, et de brèves rigolotes et bizarres !

Nous espérons que vous prendrez autant de plaisir à lire que nous à écrire !

Bienvenue et à très bientôt !

Lydie Ambre & Hervé