Plus rapide et meilleur : Quand un groupe de lézards écailleux et sans pattes touche le jackpot de l’évolution

Une étude révèle l’évolution rapide des serpents, dépassant les lézards, ce qui a permis leur diversification et leur succès écologique à travers le monde. En analysant les données génétiques et les habitudes alimentaires, les chercheurs soulignent le cheminement évolutif unique des serpents et leur capacité à se spécialiser dans différentes proies, les classant comme une réussite évolutive importante malgré le mystère entourant leur radiation adaptative. (Concept de l’artiste.)

Il y a plus de 100 millions d’années, les ancêtres des premiers serpents étaient de petits lézards qui vivaient aux côtés d’autres petits lézards non décrits dans l’ombre des dinosaures. Ensuite, dans un élan d’innovation de forme et de fonction, les ancêtres des serpents ont évolué en corps sans pattes qui pouvaient glisser sur le sol, avec des systèmes de détection chimique très sophistiqués pour trouver et traquer les proies, et des crânes flexibles qui leur ont permis d’avaler de grands animaux. Ces changements ont préparé le terrain pour la spectaculaire diversification des serpents au cours des 66 derniers millions d’années, leur permettant d’exploiter rapidement de nouvelles opportunités apparues après l’impact d’un astéroïde qui a éliminé environ les trois quarts des espèces végétales et animales de la planète.

Mais qu’est-ce qui a déclenché l’explosion évolutive de la diversité des serpents – un phénomène connu sous le nom de radiation adaptative – qui a conduit à près de 4 000 espèces vivantes et a fait des serpents l’une des plus grandes réussites de l’évolution ? Une nouvelle étude génétique et alimentaire sur les serpents, menée par une équipe internationale dirigée par des biologistes de l’Université du Michigan, suggère que la vitesse est la clé. Les serpents ont évolué jusqu’à trois fois plus vite que les lézards, avec des changements massifs dans les traits associés à l’alimentation, à la locomotion et au traitement sensoriel, selon une étude récemment publiée dans la revue Science.

Pour l’étude, les chercheurs ont généré le plus grand et le plus complet arbre évolutif des serpents et des lézards en séquençant des génomes partiels de près de 1 000 espèces. De plus, ils ont compilé un énorme ensemble de données sur les régimes alimentaires des lézards et des serpents, examinant les enregistrements de contenus stomacaux de dizaines de milliers d’échantillons conservés dans des musées. Ils ont ensuite alimenté cette montagne de données dans des modèles mathématiques et statistiques sophistiqués, soutenus par d’énormes quantités de puissance informatique, pour analyser l’histoire de l’évolution des serpents et des lézards à travers le temps géologique et étudier comment divers traits, tels que l’absence de membres, ont évolué.

Cette approche à plusieurs niveaux a révélé que bien que d’autres reptiles aient évolué de nombreux traits similaires à ceux des serpents – par exemple, 25 groupes différents de lézards ont également perdu leurs membres – seuls les serpents ont connu ce niveau de diversification explosive. Prenez par exemple le gécko australien sans pattes.

Comme les serpents, ce lézard a perdu ses pattes et a évolué un crâne flexible. Pourtant, la créature n’a guère diversifié au fil des millions d’années. Pas d’explosion évolutive – juste quelques espèces luttant pour survivre dans l’outback australien. Il semble donc qu’il y ait quelque chose de spécial chez les serpents qui leur a permis de toucher le jackpot évolutif.

Les causes ultimes, ou déclencheurs, des radiations adaptatives sont l’un des grands mystères de la biologie. Dans le cas des serpents, il est probable qu’il y ait eu de multiples facteurs contributifs, et il ne sera peut-être jamais possible de les démêler. Les auteurs de l’étude à paraître dans Science qualifient cet événement unique dans l’histoire évolutive de « singularité macroévolutionnaire » aux causes « inconnues et peut-être inconnues ».

Une singularité macroévolutionnaire peut être vue comme un passage soudain à une vitesse évolutive supérieure, et les biologistes soupçonnent que ces explosions se sont produites à plusieurs reprises tout au long de l’histoire de la vie sur Terre. L’émergence soudaine et la domination subséquente des plantes à fleurs en sont un autre exemple. Dans le cas des serpents, la singularité a commencé avec l’acquisition presque simultanée (d’un point de vue évolutif) de corps allongés sans membres, de systèmes de détection chimique avancés et de crânes flexibles.

Ces changements cruciaux ont permis aux serpents, en tant que groupe, de poursuivre un éventail beaucoup plus large de types de proies, tout en permettant simultanément à des espèces individuelles d’évoluer vers une spécialisation alimentaire extrême.

Aujourd’hui, il y a des cobras qui frappent avec du venin mortel, des pythons géants qui étouffent leurs proies, des serpents burrowers au museau de pelle qui chassent les scorpions du désert, des serpents arboricoles élancés appelés « mangeurs de visqueux » qui se nourrissent d’escargots et d’œufs de grenouilles haut dans les airs, des serpents de mer à queue de pagaie qui sondent les crevasses des récifs pour les oeufs de poissons et les anguilles, et bien d’autres.

« Un de nos résultats clés est que les serpents ont subi un changement profond dans l’écologie alimentaire qui les sépare complètement des autres reptiles », a déclaré Rabosky. « S’il y a un animal qui peut être mangé, il est probable qu’un serpent, quelque part, a évolué la capacité de le manger. »

Pour l’étude, les chercheurs ont pu observer les préférences alimentaires des serpents en examinant les observations sur le terrain et les enregistrements de contenus stomacaux pour plus de 60 000 spécimens de serpents et de lézards, principalement à partir de musées d’histoire naturelle. Les musées participants incluaient le Musée de Zoologie de l’Université du Michigan, qui abrite la plus grande collection de spécimens de serpents au monde.

« Lorsque des animaux secretifs comme les serpents sont en cause, il est presque impossible d’obtenir ce type de données d’une autre manière car il est difficile d’observer directement beaucoup de leur comportement », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Pascal Title, de l’Université Stony Brook. Les 20 auteurs de l’étude proviennent d’universités et de musées aux États-Unis, au Royaume-Uni, en Australie, au Brésil et en Finlande.

« Ce que j’aime dans cette étude, c’est comment elle intègre des données de terrain et de musée durement acquises avec de nouvelles méthodes génomiques et analytiques pour montrer une vérité biologique fondamentale : les serpents sont exceptionnels et franchement très intéressants », a déclaré l’auteur principal Sonal Singhal de la California State University, Dominguez Hills, qui a commencé le projet en tant que boursier postdoctoral à l’U-M.

L’étude a été financée par plusieurs organismes de financement, notamment plusieurs subventions de la National Science Foundation des États-Unis.