Pour Charles Darwin, les oiseaux ont offert une fenêtre sur le processus de sélection naturelle et, en définitive, sur l'évolution. Après avoir observé la remarquable variation de bec entre les pinsons des îles Galapagos dans les années 1830, le naturaliste britannique a déclaré: «En voyant cette gradation et cette diversité de structure dans un petit groupe d'oiseaux intimement liés, on pourrait vraiment croire que, du fait de la rareté originale Sur cet archipel, une espèce avait été capturée et modifiée à des fins différentes. »Pourtant, plus de 150 ans après Darwin, les relations évolutives entre les oiseaux restent un mystère irrésistible.
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Ce mois-ci, une coalition de scientifiques spécialistes des oiseaux, appartenant aux universités et aux gouvernements, lancera un effort ambitieux pour démêler ces relations avec le projet OpenWings, récemment lancé. Financé par la National Science Foundation, le projet a pour objectif de créer un arbre de vie, ou phylogénie, complet pour les oiseaux du monde. En collectant des informations génétiques sur les 10 560 espèces d'oiseaux, les chercheurs espèrent créer une image plus précise de la façon dont nos amis aviaires, aujourd'hui encore existants, ont évolué à partir des dinosaures qui les ont précédés et de leur avenir.
«Nous savons qu'il existe des inégalités dans l'arbre de vie des oiseaux», déclare Terry Chesser, zoologiste et membre de l'unité de surveillance biologique de l'USGS, qui travaille au Muséum national d'histoire naturelle. À certains endroits de l'arbre, les oiseaux s'écartent beaucoup plus rapidement que les autres branches différentes - différentes lignées se diversifiant plus rapidement et peut-être avec des taux de changement différents selon la période. Certaines caractéristiques telles que le plumage ou le type de corps sont associées à certains de ces changements, mais on ne sait pas exactement comment.
Le projet pourrait également modifier la compréhension actuelle de l'évolution des oiseaux, notamment en posant de grandes questions sur le moment où les oiseaux ont commencé à se transformer en dinosaures. Certains scientifiques pensent que les oiseaux et les dinosaures ont commencé à se séparer avant l'extinction Crétacé-Paléogène, il y a environ 66 millions d'années, qui ont tué les dinosaures terrestres, tandis que d'autres pensent que les dinosaures aviaires et aviaires n'avaient pas encore fait l'objet d'une spéciation. Créer une phylogénie complète des oiseaux devrait résoudre ce conflit ou, à tout le moins, offrir de nouvelles preuves. L'équipe du projet OpenWings travaillera avec un paléontologue pour intégrer les preuves fossiles, a déclaré Chesser.
Le projet vise à être l’arbre à oiseaux le plus complet de la vie à ce jour et le premier à être réalisé sur un groupe d’animaux vertébrés. Actuellement, dit Chesser, lorsque les gens essaient de monter un arbre pour des oiseaux, ils «finissent par créer un arbre avec beaucoup de données manquantes» et en ajoutant des espèces qui ne disposent pas de données indiquant où elles devraient aller, compte tenu de leur taxonomie actuelle. qui ont été décidés sur la base d'observations, pas de caractéristiques génétiques. Un autre projet, B10k, tente de séquencer des "génomes de référence" complets pour toutes les espèces d’oiseaux, mais il n’en a plus que 300 à ce jour.
Réaliser des génomes de référence est une tâche gigantesque, alors que le projet OpenWings est un peu plus gérable, explique Rebecca Kimball, biologiste de l'évolution de l'Université de Floride et collaboratrice du projet OpenWings. Ce sera également un accès ouvert, ce qui signifie que les ornithologues du monde entier peuvent utiliser les résultats (qui seront publiés au fur et à mesure de leur cartographie, plutôt que de les regrouper à la fin du projet) pour approfondir certaines branches de la famille des oiseaux. arbre. Certains groupes d'oiseaux moins bien compris «méritent plus d'attention que ce que nous pourrons leur donner dans cette étude à grande échelle», déclare Kimball.
«Individuellement, nous avons tous des espèces d'oiseaux que nous aimons et qui nous intéressent», dit-elle, mais poser de grandes questions signifie qu'il est impossible pour les chercheurs de se concentrer sur des familles d'oiseaux spécifiques dans le projet OpenWings. Rendre l'accès aux données ouvert signifie que le travail sera probablement toujours terminé, dit-elle.
Wrens à nuque rousse. La division des oiseaux du Smithsonian abrite et conserve la troisième plus grande collection d'oiseaux au monde, avec plus de 625 000 spécimens. (NMNH / Smithsonian Institution) Le séquençage des informations génétiques pour plus de 10 000 espèces d'oiseaux au total est toujours une entreprise gigantesque, et ce n'est devenu possible que grâce aux récents progrès de l'analyse génétique, explique Chesser. Pour mener cette vaste étude, les chercheurs devront se concentrer sur des séquences d’ADN spécifiques appelées régions «ultraconservées». Ces régions de l'ADN sont celles qui ont survécu à la spéciation précédente, lorsque de nouveaux types d'oiseaux sont venus s'asseoir sur de nouvelles branches de l'arbre, et offrent un moyen de revenir sur les relations génétiques.
Ce projet ne serait pas possible sans la collecte minutieuse et les efforts de préservation des musées, explique Chesser. Les collaborateurs d'OpenWings représentent des institutions disposant de vastes collections de spécimens d'oiseaux, notamment le musée d'histoire naturelle de Field, le musée d'histoire naturelle américain et le musée national d'histoire naturelle de la Smithsonian Institution. Ils comprennent également des collections à la croissance rapide dans les universités, en particulier l’Université du Kansas et le Musée des sciences naturelles de la Louisiana Student University.
Selon Kimball, depuis les années 1980, les musées conservent des échantillons d'ADN des spécimens de leurs collections, ainsi que les corps traités des spécimens eux-mêmes. Pour de nombreuses espèces, c’est de là que proviendra le matériel génétique. Dans d'autres cas, où des spécimens ont été collectés avant que cela ne devienne la norme, Cresser affirme qu'ils s'appuieront sur une partie inattendue des oiseaux: leurs serres. La meilleure façon d'obtenir des preuves génétiques d'un spécimen préservé découvert jusqu'à présent, a-t-il déclaré, "est de couper un morceau des coussinets sur les orteils des oiseaux."
À ce stade, les chercheurs du projet sont encore en train de déterminer quelles institutions possèdent des spécimens de quels oiseaux, explique Cresser. La plupart des études de ce type utilisent des dizaines ou des centaines d'espèces, comme une étude de 2015 publiée dans Nature qui a jeté les bases en créant un arbre de vie pour 198 espèces d'oiseaux. Coordonner des milliers de personnes demande un peu plus de travail, en particulier lorsque vous faites partie d’une équipe représentant 10 grandes institutions participantes.
Erich Jarvis, un neuroscientifique de la Rockefeller University qui dirige B10K, a déclaré à Elizabeth Pennisi, de Science, selon lui, que seule une approche du génome complet peut générer un arbre robuste pour les oiseaux, car elle couvre tous les types d'informations génétiques codées dans l'ADN d'un oiseau. . Mais d'autres scientifiques ont reconnu à Pennisi que c'était une nette amélioration par rapport à ce que les chercheurs sur les oiseaux ont maintenant: ça, et c'est entièrement financé, ce que B10K ne fait pas.
«Cela montre l'efficacité et l'importance fondamentale des efforts continus en matière de collection de musées», déclare Richard Prum, ornithologue évolutionniste de l'Université Yale, co-auteur du document de 2015. «Ce consortium comprend la plupart des plus grandes collections de tissus naturels au monde», explique Prum, qui n'est pas impliqué dans le projet OpenWings.
Prum ajoute qu'il est temps que quelqu'un crée une phylogénie aviaire complète. Avec la nouvelle technologie génétique, c'est plus faisable que jamais, même si l'ampleur est sans précédent, dit-il. Après tout, les méthodes existent déjà: il suffit simplement de tout assembler. Ce type de travail est susceptible de changer la manière dont les oiseaux sont compris, ce qui a des implications pour leur conservation ainsi que pour leur histoire évolutive.
Les idées de Darwin sur l'évolution étaient basées sur les caractéristiques observables de ses pinsons. Mais au-delà de ces caractéristiques observables, il existe des couches et des couches de relations génétiques, et sans une connaissance pratique de la génétique, celles-ci lui étaient cachées. Avec cette nouvelle technologie, il est possible de voir comment même les espèces qui ressemblent et agissent différemment peuvent être étroitement liées. Faire un arbre entier «fera progresser l’étude de la phylogénétique», dit Chesser, mais aidera également à la conservation de manière directe.
«L'un des critères fréquemment utilisés dans la planification de la conservation est la spécificité phylogénétique», dit-il, «de telle sorte que les zones qui incluent des espèces sur leurs propres branches évolutives ont souvent plus de poids dans la planification de la conservation.» Le projet OpenWings montrera comment différencier phylogénétiquement les espèces sont vraiment. "Cette information devrait être très utile aux défenseurs de l'environnement pour évaluer les zones ou les espèces à prioriser", a-t-il déclaré.
