Pendant des hundreds of thousands d'années, les îles reculées ont été des foyers de biodiversité, où des espèces uniques ont fleuri. Les scientifiques ont proposé différentes théories pour expliquer comment les animaux et les plantes colonisent et évoluent sur les îles, mais tester des idées de processus se déroulant sur de longues échelles de temps a toujours été un défi.




Récemment, des strategies de pointe dans le séquençage de l'ADN, l'imagerie 3D et le calcul ont ouvert des opportunités pour enquêter sur les processus historiques. Dans une nouvelle étude publiée dans Evolution, des chercheurs de l'Okinawa Institute of Science and Know-how Graduate University (OIST) et des collaborateurs de l'Université des Ryukyus ont étudié les changements évolutifs et écologiques chez les fourmis dans l'archipel du Pacifique Sud des Fidji pour examiner une théorie controversée pour comment l'évolution se produit sur les îles.

Les scientifiques combinent de nouvelles strategies scientifiques pour tester d'anciennes théories sur la façon dont l'évolution se produit sur des îles éloignées.

«Des îles comme Fidji, qui sont petites et éloignées, agissent comme de parfaits laboratoires naturels pour étudier l'interaction entre les processus écologiques et évolutifs», a déclaré le Dr Cong Liu, premier auteur et ancien doctorant de l'Unité Biodiversité et Biocomplexité de l'OIST. "Mais jusqu'à récemment, il n'y avait pas eu beaucoup d'études sur les fourmis."

L'équipe s'est concentrée sur les fourmis à mâchoires trappes Strumigenys, le genre qui compte le additionally grand nombre d'espèces de fourmis aux Fidji. Ils ont collecté de nombreux spécimens de fourmis à mâchoires trappes lors d'une expédition aux Fidji en 2007.



Les chercheurs ont entrepris d'examiner dans quelle mesure les changements d'apparence et de distribution observés chez les fourmis à mâchoires-pièges au fil du temps cadrent avec une théorie appelée l'hypothèse du cycle des taxons, qui décrit comment les espèces colonisent et évoluent sur les îles. Selon cette théorie, les espèces traversent un «cycle de vie» prévisible de colonisation, d'expansion de l'aire de répartition géographique, de déclin et (parfois) d'extinction, ce cycle étant ensuite redémarré par un nouveau colonisateur.

Briser le stade de la colonisation

Les scientifiques ont extrait et séquencé l'ADN d'espèces de Strumigenys endémiques de l'archipel fidjien - en d'autres termes, ils ne se trouvent que dans ces îles. L'équipe a également inclus des échantillons de fourmis à mâchoires trappes, apparentées furthermore régionales et mondiales. Sur la foundation des séquences d'ADN, les scientifiques ont construit un arbre évolutif, montrant à quel position toutes les espèces étaient étroitement liées.

"Nous avons découvert que les 14 espèces de fourmis à mâchoires-pièges endémiques aux Fidji étaient issues d'un seul colonisateur d'origine, plutôt que de plusieurs colonisateurs", a expliqué le Dr Liu.

Ces résultats contredisent ce que l'on attendrait de l'hypothèse du cycle des taxons, qui prédit que les colonisateurs ultérieurs arrivent et déclenchent de nouveaux cycles de rayonnement et de déclin des taxons.

"Il y a plusieurs raisons pour lesquelles des colonisations répétées peuvent ne pas avoir eu lieu", a déclaré le Dr Liu. Il a expliqué que les premiers colonisateurs à mâchoires trappes auraient pu se diversifier et occuper toutes les niches, fermant la porte à tout nouveau venu. Ou peut-être, a-t-il ajouté, que l'archipel fidjien est si éloigné que d'autres colonisateurs ne sont jamais arrivés.

Révéler l'étape du rayonnement

Selon l'hypothèse du cycle des taxons, une espèce colonise d'abord une île, puis subit une énorme expansion de son aire de répartition, se spécialisant dans les niches disponibles dans chaque habitat.

Lorsque les scientifiques ont examiné la répartition des 14 espèces de mâchoires-pièges endémiques aux Fidji, ils ont constaté que peu de temps après la colonisation, la lignée initiale se divisait en deux, l'une donnant naissance à des espèces vivant dans des habitats de plaine et l'autre donnant naissance à des espèces en habitats des hautes terres.

Les scientifiques ont ensuite mesuré les principales caractéristiques morphologiques des fourmis pour déterminer si elles avaient établi leurs niches grâce à un rayonnement adaptatif. «Le rayonnement adaptatif se produit souvent sur les îles, l'exemple le furthermore emblématique étant les pinsons de Darwin», a déclaré le Dr Liu. "Cette soudaine explosion d'abondance, de diversité et d'apparence est souvent thanks à un furthermore grand nombre de niches vides auxquelles les fourmis peuvent s'adapter, faute de concurrents ou de prédateurs."

Les scientifiques ont utilisé des scanners micro-CT pour créer des modèles 3D de chaque espèce de fourmi fidjienne. Ils ont également mesuré la taille du corps, des mâchoires (mandibules) et des yeux des fourmis.

«Nous avons constaté une nette diversification de la forme associée aux niches qu'ils occupent, ce qui était clairement le résultat de la radiation adaptative», a déclaré le Dr Liu. En général, les fourmis de la lignée des hautes terres ont développé des corps as well as grands, leur permettant d'attraper des proies in addition grosses. Ces fourmis ont également développé des mandibules plus courtes, définissant comment elles chassent.

Plonger dans la stage de déclin

L'hypothèse du cycle des taxons prédit qu'avec le temps, à mesure que les espèces s'adaptent à des niches de furthermore en as well as spécialisées, la taille de leur population et l'étendue de leur habitat diminuent. Ces prévisions ne sont valables que pour les fourmis à mâchoires fidjiennes dans les habitats des hautes terres.

L'équipe a constaté que les populations d'espèces de fourmis des hautes terres avaient diminué en nombre au fil du temps et présentaient des différences génétiques moreover importantes entre les populations, ce qui suggère qu'elles étaient moins capables de se disperser et de se reproduire dans l'archipel fidjien.

Cette perte de capacité concurrentielle accroît la vulnérabilité de ces fourmis in addition âgées et additionally spécialisées, qui sont actuellement menacées par la déforestation - un problème environnemental majeur aux Fidji. "Parce que ces espèces endémiques n'occupent qu'une petite zone géographique et n'ont qu'une capacité de dispersion limitée, la déforestation peut rapidement conduire à l'extinction de ces espèces", a déclaré le Dr Liu.

L'équipe prévoit maintenant d'appliquer leur approche, qui merge la génomique des populations, la phylogénétique et les études morphologiques, à toutes les espèces de fourmis des Fidji.

Il n'est toujours pas clair dans quelle mesure les données des fourmis à mâchoires pièges s'alignent sur l'hypothèse du cycle des taxons, a déclaré le Dr Liu. Cette étude, ainsi que celle publiée l'année dernière qui examinait le genre Pheidole des fourmis fidjiennes, "n'a fourni qu'un soutien partiel" pour l'hypothèse, at-il dit. "Davantage de données sont nécessaires pour déterminer si l'évolution sur ces îles match ces étapes prévisibles, ou s'il s'agit d'un processus as well as aléatoire qui diffère à chaque fois."