L’évolution se déroule en temps réel au sein de nombreuses populations animales naturelles et les chercheurs observent désormais comment cela impact la biodiversité sur le terrain. Dans une étude récemment publiée dans Molecular Ecology, une équipe de scientifiques de l’Université Drexel a examiné les variations biologiques des pucerons du pois, insectes qui se reproduisent assez fréquemment pour évoluer sous nos yeux, en retraçant la prévalence de leur endosymbionte protecteur, Hamiltonella defensa, que les insectes utilisent pour repousser les guêpes parasitoïdes.



« Nous savons que certains organismes ont plusieurs générations dans une saison, et nous savons que parfois il suffit de quelques générations pour que l’évolution se déroule et les pucerons sont l’un de ces types d’organismes », a expliqué Jacob A. Russell, PhD, professeur. au University of Arts and Sciences, et auteur principal de l’étude.

Comme de nombreux insectes, les pucerons sont l’hôte de bactéries symbiotiques – ou endosymbiontes – dans leur sang et leurs tissus internes. Bien que leur gamme complète d’impacts ne soit pas encore comprise, ces bactéries fournissent généralement une certaine défense contre les pressions environnementales, comme les parasites et les parasitoïdes – des parasites qui tuent leurs hôtes. Hamiltonella defensa, l’endosymbionte sur lequel s’est concentré cette étude, par exemple, éloigne les parasitoïdes des pucerons du pois. Mais ces bactéries intéressent également les chercheurs auto elles sont héréditaires – transmises des femelles à leur progéniture.



« Essentiellement, ces bactéries sont héritées comme l’ADN mitochondrial et de ce fait, elles peuvent faire partie de l’arsenal adaptatif du puceron du pois, agissant aux côtés des milliers de gènes dans le génome de cet insecte se nourrissant de sève », a déclaré Russell.

La dynamique protectrice de l'endosymbionte chez les pucerons du pois est aiguisée par la sélection

Andrew Smith, PhD, ancien diplômé de Drexel et actuel scientifique en chef de l’Institut Rodale, a dirigé les initiatives de recherche qui ont permis aux biologistes d’examiner de additionally près les forces naturelles qui façonnent la prévalence d’Hamiltonella. Ils espéraient que, grâce à des collectes répétées sur le terrain et à un criblage moléculaire de routine, ils pourraient faire la lumière sur les forces évolutives affectant les pucerons en temps réel.

« Nous avons été motivés pour essayer de comprendre pourquoi cet endosymbionte est maintenu dans ces populations, pourquoi il n’est jamais perdu et pourquoi il n’atteint pas seulement 100% de fréquence », a déclaré Russell. « Une idée est qu’il doit y avoir des moments où cela aide le puceron, ainsi que des moments où il est légèrement nocif. »

Pour compléter leur collection de pucerons et le dépistage des endosymbiontes, l’équipe de terrain a étudié une gamme de variables environnementales dans les mêmes champs de luzerne, y compris la prévalence d’Aphidius ervi, une guêpe parasitoïde introduite aux États-Unis pour contrôler les populations de pucerons du pois, qui était autrefois une menace pour les cultures, y compris la luzerne. Les guêpes tuent les pucerons en pondant des œufs à l’intérieur. Curieusement, les endosymbiontes Hamiltonella empêchent le développement des jeunes guêpes, mais ils ont également un coût, selon les chercheurs.

« Il y a cette » rente « que le puceron doit payer à l’endosymbionte juste pour soutenir ses populations », a déclaré Russell. « Dans le laboratoire, nous pensions au départ que les pucerons avec l’endosymbionte seraient moins bien lotis que les pucerons qui n’avaient pas d’endosymbionte en raison de ce notion de » rente « . »

Ce concept, selon lequel les pucerons avec des endosymbiontes d’Hamiltonella étaient moins bien lotis que ceux qui n’en avaient pas en l’absence de guêpes, a été soutenu par des expériences de laboratoire antérieures. Mais malgré cette attente, les auteurs n’ont trouvé aucune relation significative entre la prévalence des guêpes et les endosymbiontes. Mais ils ont vu les populations de pucerons évoluer avec le temps – la prévalence de l’endosymbionte évoluant rapidement, à plusieurs reprises. La corrélation la as well as claire avec ces changements était la température de l’environnement environnant des pucerons.

Leurs résultats suggèrent que « le coût du » loyer « est moreover élevé pour les pucerons hébergeant ces endosymbiontes quand il fait frais », a déclaré Russell, qui pense que « c’est en fait assez utile pour les pucerons d’avoir ces endosymbiontes quand il fait chaud ».

Les auteurs concluent que la dynamique de l’endosymbionte, et donc l’évolution en temps réel du puceron du pois, résultent probablement d’un phénomène évolutif connu sous le nom de « sélection d’équilibrage », qui se produit en raison de l’évolution des coûts et des avantages d’héberger l’endosymbionte à différentes températures.

Cela rendrait Hamiltonella un ami du beau temps, utile quand il fait chaud et nocif quand ce n’est pas le cas. Bien que le mécanisme de cette saisonnalité reste indéterminé, leurs résultats suggèrent que la température pourrait servir de facteur majeur pour évoquer l’apparition de Hamiltonella endosymbionts chez les pucerons.

Cette découverte n’a été doable que parce que l’équipe a fait ses observations sur le terrain. « Nous avons tendance à faire nos expériences de laboratoire dans ces environnements de laboratoire assez unidimensionnels et la température est maintenue constante », a déclaré Russell, « de sorte que ces résultats de laboratoire pourraient ne pas être entièrement transférables. »

Ce travail fournit l’un des premiers exemples d’une étude sur l’adaptation saisonnière des insectes qui est rendue possible non par la variation des gènes des insectes, mais par la variation de leurs endosymbiontes. En tant que tel, il est parmi les premiers à montrer que les microbes transmis par la mère – trouvés dans la plupart des espèces d’insectes – réagissent à la mother nature pendulaire des environnements changeants au fil des saisons.

Compte tenu des tendances à extended terme du climat mondial, il est également attainable que les endosymbiontes déterminent le succès futur des espèces d’insectes dans notre monde qui se réchauffe rapidement.