Spéciation deux en un chez les hippocampes

Ecologie évolutive & Biodiversité

Peu de choses étaient connues sur la génétique de l’hippocampe moucheté, Hippocampus guttulatus, l’une des deux espèces d’hippocampes qui peuple les côtes européennes. Une étude de génétique des populations de ce poisson iconoclaste menée par une équipe de l’Institut de Sciences de l’Evolution de Montpellier (ISEM – CNRS/Université de Montpellier/IRD/EPHE), aidée de ses collaborateurs européens et associations pour l’environnement, dévoile une subdivision de cette espèce en quatre lignées génétiques partiellement isolées, bien que morphologiquement indissociables. Côté Océan Atlantique, on trouve une lignée au nord et une autre au sud du Pays basque où elles coexistent en s'hybridant occasionnellement. Côté Mer Méditerranée, les deux lignées sont associées à des habitats contrastés, l’un marin et l’autre lagunaire. Nous trouvons donc pour un même système d’étude les deux modes de spéciation longtemps opposés, géographique vs. écologique. De plus, une même région chromosomique est impliquée dans la divergence entre lignées aussi bien Méditerranéenne qu’Atlantique. Pourtant les lignées atlantiques peuplent indifféremment mer et lagunes. Cette portion de chromosome pourrait donc contenir à elle seule des gènes responsables de l’isolement reproductif dans deux contextes éco-géographiques très différents. Cette étude est publiée dans la revue Evolution après avoir été recommandée dans PCI Evolutionary Biology.

Les quatre lignées cryptiques chez l’hippocampe moucheté, Hippocampus guttulatus. La lignée Atlantique Nord est figurée en rouge, celle d’Atlantique Sud en bleue, celle des lagunes méditerranéennes en rose et celle des sites marins en vert. Les habitats mF. Riquet

Alors que la taxonomie décrit des espèces ayant généralement terminé le processus de spéciation, c’est-à-dire ayant acquis un isolement reproductif complet, les espèces sont souvent elles-mêmes subdivisées en lignées génétiques divergentes vers de nouvelles spéciations. Ces lignées en cours de spéciation peuvent éventuellement évoluer vers de vraies espèces, se remélanger, ou encore s’éteindre. En raison de leur méconnaissance, elles constituent un niveau de biodiversité infraspécifique resté pour l’instant très à la marge des programmes de conservation. Or la génétique des populations n’arrête pas de décrire ces nouvelles lignées dites cryptiques, car souvent semblables morphologiquement. Le rythme de ces découvertes s’est récemment accéléré avec les progrès dans le séquençage des génomes permettant de détecter des lignées divergentes à des stades précoces du processus de spéciation. Le premier résultat de cette étude sur l’hippocampe moucheté a révélé l’existence de quatre lignées cryptiques qui nécessitent chacune un statut de conservation indépendant. Souhaitons que cette icône de la conservation marine contribue à mettre en lumière cette biodiversité cachée que seul l’ADN peut dévoiler.

Pendant des décennies d’études de la spéciation, deux écoles ont eu tendance à s’affronter. Pour l’une, l’isolement géographique a une importance capitale pour faciliter l’évolution de l’isolement reproductif. On parle de spéciation allopatrique et les lignées en cours de spéciation sont structurées spatialement avec peu de chevauchement des aires de distributions. C’est le cas, par exemple, des souris Mus domesticus et M. musclus qui peuplent l’Ouest de l’Europe pour la première et l’Est pour la seconde, ou encore des hippocampes mouchetés de la façade Atlantique comme le montre cette étude. Pour l’autre école, la spéciation est essentiellement la continuation du processus darwinien d’adaptation à un environnement changeant. On parle de spéciation écologique et les écotypes en cours de spéciation occupent des habitats différents auxquels ils présentent des adaptations spécifiques. C’est le cas, par exemple, des lignées de pucerons adaptées à des plantes hôtes différentes, ou des écotypes marin et lagunaire d’hippocampes mouchetés en Méditerranée de cette étude. Chez l’hippocampe moucheté, les deux types de spéciation, écologique et géographique, semblent s’être produites dans le même système. Cet adorable poisson pourrait devenir l’emblème de la réconciliation des écoles souhaitée par de nombreux spécialistes de la spéciation rarement 100% géographique, rarement 100% écologique, souvent un peu des deux.

Pour finir, les auteurs ont recherché les régions génomiques les plus divergentes entre les lignées et ont identifié une large région génomique de presque la taille d’un chromosome entier. Là encore, rien de surprenant : de tels ilots génomiques de spéciation ont été découverts chez la plupart des cas de spéciation en cours. La surprise a été que la même région est impliquée entre lignées géographiques côté Atlantique, et écotypes côté Méditerranée. L’écotype lagunaire de Méditerranée est caractérisé par le même allèle que celui porté par la lignée nord en Atlantique, qui habite pourtant indifféremment les habitats marins et lagunaires. L’écotype marin de Méditerranée a été trouvé fixé pour l’allèle caractérisant la lignée sud en Atlantique qui, également, habite indifféremment mers et lagunes. Cette portion de chromosome pourrait donc contenir à elle seule des gènes responsables de l’isolement reproductif dans deux contextes éco-géographiques très différents. Ce parallélisme génétique en absence de convergence écologique apparente est inédit et suggère d’une part une histoire commune entre l’hippocampe des lagunes méditerranéennes et l’hippocampe d’Atlantique nord, et d’autre part des effets de couplages entre adaptation à l’environnement et l’isolement reproductif.

Pour conclure, cette étude montre que des spéciations cryptiques en cours se font selon les deux modes classiquement opposés, géographique et écologique, mais avec un déterminisme génétique commun chez l’hippocampe moucheté. Les plongeurs regarderont peut-être les hippocampes du bassin d’Arcachon et de l’étang de Thau avec un œil dorénavant éclairé sur la dynamique du processus de spéciation et de la biodiversité.

 

Référence

Florentine Riquet, Cathy Liautard-Haag, Lucy Woodall, Carmen Bouza, Patrick Louisy, Bojan Hamer, Francisco Otero-Ferrer, Philippe Aublanc, Vickie Be´duneau, Olivier Briard, Tahani El Ayari, Sandra Hochscheid Khalid Belkhir, Sophie Arnaud-Haond, Pierre-Alexandre Gagnaire, and Nicolas Bierne, "Parallel pattern of differentiation at a genomic island shared between clinal and mosaic hybrid zones in a complex of cryptic seahorse lineages", Evolution

 

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Florentine Riquet
Institut des Sciences de l'Evolution de Montpellier (ISEM - CNRS/Univ Montpellier/IRD/EPHE)