L'Arctique est une région difficile à coloniser pour la vie. Les plantes qui y vivent doivent faire face à d'importantes variations de température et à une courte saison de croissance. Des enquêtes ont trouvé peu d'espèces de plantes poussant ici, mais les recherches de Lovisa Gustafsson et ses collègues montrent que une partie de la biodiversité de l'Arctique est cachée.
L'étude s'appuie sur des travaux antérieurs qui ont trouvé trois espèces de Une fois, ou graminées panaris, peut être plus de trois espèces. Cette diversité inattendue était due à l'isolement reproductif. Bien que les plantes puissent se ressembler, elles ne se reproduisent pas les unes avec les autres et les hybrides qu'elles produisent sont stériles.
Cette spéciation est un défi à la pensée évolutionniste actuelle. Comme l'écrivent Grundt et ses collègues dans leur article : « La flore arctique a longtemps été considérée comme appauvrir. En effet, la diminution de la diversité biologique avec l'augmentation de la latitude est l'un des plus anciens modèles reconnus en écologie. Cependant, la diversité a généralement été quantifiée comme le nombre d'espèces morphologiques ou « taxonomiques ». On sait peu de choses sur la diversité des espèces biologiques dans l'Arctique, car la reconnaissance des espèces biologiques nécessite des informations sur l'isolement reproductif.
Grundt et ses collègues proposent que le Draba arctique ait développé un isolement reproductif pour créer de nouvelles espèces. Un problème avec l'idée d'isolement reproductif proposée par ces auteurs est qu'il est rapide. L'isolement reproductif prend du temps à se développer. Combien de temps? Dans cet article, Gustafsson et ses collègues se réfèrent à des travaux antérieurs qui trouvent qu'il faut quatre millions ou encore huit millions années à se développer. Ils soulignent que c'est un problème lorsque les estimations de l'âge de la toundra arctique se situent entre deux et trois millions d'années.
Ainsi est Une fois un monstre, ou quelque chose d'autre se passe-t-il dans l'Arctique dont nous ne sommes pas au courant ?
Pour le savoir, Gustafsson et ses collègues ont expérimenté des espèces collectées dans l'Arctique circumpolaire. Ils ont sélectionné six espèces dans quatre familles éloignées. Ils ont alors commencé à croiser des plantes supposées être de la même espèce rassemblées à différentes distances les unes des autres. Cela a produit plus de sept cents plantes que l'équipe a élevées jusqu'à maturité. Ils ont ensuite testé pour voir si les hybrides étaient stériles. Si les plantes appartenaient à la même espèce, vous vous attendriez à avoir une progéniture fertile. Gustafsson et ses collègues ont ensuite poussé leur étude un peu plus loin que les travaux antérieurs de Grundt et ses collègues. Ils ont regardé les semences hybrides.
Ils se sont référés à d'autres travaux qui ont révélé que même lorsque les hybrides produisaient des graines, ces graines pouvaient ne pas être viables, ce qui échec des semences hybrides. Il est connu que l'échec des semences hybrides peut se développer rapidement. Cet échec se produit généralement lorsque quelque chose interfère avec le développement de l'endosperme, la partie de la graine qui fournit l'énergie nécessaire à la croissance.
Les résultats ont été saisissants. Gustafsson et ses collègues écrivent: «Nous avons constaté que de fortes incompatibilités hybrides se sont également développées chez cinq (des six examinées) espèces arctiques appartenant à d'autres genres de Brassicaceae (Cardamine bellidifolia et Cochlearia groenlandica) ainsi qu'à d'autres familles de plantes éloignées ; Saxifragacées (Saxifraga hyperborée), renonculacées (Renoncule pygmée) et Caryophyllacées (Silène uralensis). Fait remarquable, la plupart des populations examinées de chacune de ces cinq espèces taxonomiques ainsi que des trois examinées par Grundt et al. (2006) ont accumulé des incompatibilités hybrides et peuvent donc être considérées comme représentant des espèces naissantes. Des études futures sont nécessaires pour aborder la différenciation morphologique potentielle entre ces populations, mais il est à noter qu'aucune ou seulement peu de variation morphologique intraspécifique a été signalée au sein de ces espèces dans la littérature taxonomique… »
Les résultats sont un peu surprenants. On pense qu'il y a un gradient latitudinal de la diversité des espèces. Les tropiques sont considérés comme des points chauds où l'on trouve l'essentiel de la diversité, et à mesure que l'on se déplace vers les pôles, le nombre d'espèces diminue. C'est une idée formée en ne reconnaissant pas une partie de la diversité de l'Arctique. Plutôt que les forces motrices de la spéciation sous les tropiques soient simplement plus fortes, elles peuvent être différentes.
Un moteur de cette différence pourrait être goulots d'étranglement génétiques. Avoir un petit pool génétique pourrait conduire au développement d'incompatibilités génétiques entre les populations. Ceci est soutenu par des travaux qui montrent une diminution de la diversité génétique loin de Béringie que les plantes ont colonisé l'Arctique après la dernière glaciation.
Parallèlement à cela, des pollinisateurs peu fiables signifient que l'autopollinisation peut être la stratégie de reproduction dominante pour les plantes. Ils cessent, ou du moins réduisent considérablement, l'échange de gènes avec d'autres populations, contribuant ainsi à créer des barrières entre les plantes. Les auteurs écrivent que l'autonomisation était en effet un problème. "Nos résultats sont remarquables en ce que les cinq espèces autofécondées que nous avons croisées avec succès ont montré une stérilité hybride intraspécifique généralisée, alors que la seule espèce de croisement pour laquelle nous avons pu obtenir des données de croisement, Silene acaulis, ne l'a pas fait."
"Nos résultats montrant une spéciation naissante généralisée et rapide chez les plantes arctiques contrastent fortement avec une vision de l'Arctique comme un" congélateur évolutif "avec de faibles taux d'évolution et une faible diversité d'espèces en raison de contraintes environnementales extrêmes telles que les basses températures, une courte saison de croissance. , et la sécheresse… », écrivent Gustafsson et ses collègues. "Au contraire, nos résultats s'ajoutent à un nombre croissant de preuves suggérant que les plantes et les animaux aux hautes latitudes peuvent montrer des taux de spéciation plus élevés, ainsi que des taux d'extinction plus élevés, par rapport aux tropiques..."
ARTICLE DE RECHERCHE
Gustafsson, ALS, Gussarova, G., Borgen, L., Ikeda, H., Antonelli, A., Marie-Orleach, L., Rieseberg, LH, Brochmann, C., 2021. L'évolution rapide de l'isolement reproductif postzygotique est généralisée dans les lignées de plantes arctiques. Annals of Botany. https://doi.org/10.1093/aob/mcab128
