L’isolement spatial est connu pour favoriser la spéciation – mais des chercheurs de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) à Munich ont maintenant montré que, au moins dans la levure, l’inverse est également vrai. De nouvelles variantes écologiques peuvent également évoluer au sein de populations parfaitement mixtes.


L’idée que la spéciation repose sur la sélection de variantes mieux adaptées aux problems environnementales locales est au cœur de la théorie de l’origine des espèces de Charles Darwin – et elle est désormais connue pour être une composante centrale de l’évolution biologique, et donc de la biodiversité. L’isolement géographique des populations est souvent considéré comme une issue nécessaire pour que les écotypes divergent et finissent par former de nouvelles espèces. Lorsque les populations d’une espèce donnée sont séparées par des barrières géographiques, les mutations favorables qui émergent dans l’une ou l’autre peuvent se fixer localement, auto l’accouplement entre les deux populations est exclu. La problem de savoir si la spéciation peut se produire ou non dans des conditions dans lesquelles le flux génétique entre deux populations est doable – de sorte que le mélange génétique puisse encore se produire – reste controversée. Afin de résoudre le problème, le biologiste évolutionniste LMU Jochen Wolf et son groupe en coopération avec Simone Immler (Université d’East Anglia, Royaume-Uni) ont utilisé la levure de boulanger comme système modèle pour explorer expérimentalement ce qui se passe lorsque le degré de flux génétique entre génétiquement différencié les populations sont progressivement augmentées.

Spéciation en présence de flux génique

« Le point de départ de ce projet, qui dure maintenant depuis 6 ans, était une cellule fondatrice special, qui a donné naissance à notre inhabitants d’origine », explique Wolf. « Nous avons ensuite suivi l’accumulation de mutations au sein de cette inhabitants au cours de nombreuses générations. » En partant de l’ancêtre d’origine, les scientifiques ont d’abord sélectionné des cellules qui flottaient en suspension sur le dessus ou qui coulaient vers le bas. De cette manière, ils ont obtenu deux populations adaptées à des « habitats » différents – appelés simplement « haut » et « bas ». Les deux comportements sont liés à des différences dans la morphologie des cellules et dans leur propension à passer des clusters multicellulaires entre eux.


Ayant obtenu ces populations génétiquement différenciées, les chercheurs ont procédé à leur mélange dans diverses proportions et ont suivi leur évolution ultérieure. « Nous avons d’abord observé ce à quoi on pouvait s’attendre selon le modèle d’isolement classique, lorsque les populations du haut et du bas étaient strictement séparées les unes des autres », explique Wolf. Dans ces circumstances, les deux populations isolées « géographiquement » ont continué à s’adapter aux exigences de leurs niches respectives et ont rapidement divergé l’une de l’autre, devenant nettement distinctes avec le temps. Par exemple, les cellules supérieures se reproduisent préférentiellement par division cellulaire asexuée, et par conséquent se développent à un rythme beaucoup additionally élevé que leurs homologues inférieurs. En raison de la baisse concomitante de la fréquence d’accouplement, les cellules du compartiment supérieur ont également produit moins de spores sexuelles. « Cette découverte confirme que les effets de la sélection ne restent pas constants tout au prolonged du cycle de vie d’un organisme. Au lieu de cela, la sélection est associée à des » compromis « . En d’autres termes, les mutations qui peuvent être avantageuses dans un contexte peuvent être délétères dans un autre. » Wolf explique

Dans l’étape suivante, Wolf et ses collègues ont simulé les effets de la migration entre les deux populations. Ils l’ont fait en ajoutant d’abord approximativement 1% de la populace minoritaire à la portion dominante, puis en augmentant progressivement la proportion de la première dans chaque génération suivante jusqu’à ce que les deux populations aient été complètement mélangées. Les modèles théoriques suggèrent que le mélange devrait conduire à une homogénéisation du pool de gènes, et devrait donc conduire à une réduction de la diversité de la populace mixte. Cet effet a en fait été observé à des niveaux intermédiaires de mélange. Bien que de tels mélanges continuent d’évoluer et que leurs membres puissent augmenter leur forme physique par rapport à la populace ancestrale, des variantes distinctes ne peuvent as well as être discernées en leur sein.

« Mais à notre grande surprise, lorsque les populations ont été parfaitement mélangées au fil du temps, nous avons trouvé des différences de phénotype très marquées », explique Wolf. « Lorsque le robinet est ouvert à fond, pour ainsi dire, on découvre soudain que les mélanges contiennent deux variantes distinctes, un généraliste et un spécialiste. » Le généraliste peut survivre aussi bien dans le compartiment supérieur que inférieur. Ce n’est pas le cas du spécialiste. Mais il se divise à un rythme moreover rapide que le généraliste, et peut donc compenser son manque de polyvalence. Pour Wolf, l’émergence de ces deux courses peut être considérée comme la première étape d’un processus de spéciation qui se déroule en présence d’un flux génétique maximal.

En plus de ces résultats phénotypiques, l’équipe a caractérisé l’inventaire génétique complet de toutes les populations. Ces expériences génétiques montrent que l’adaptation aux compartiments supérieur et inférieur en l’absence de flux génique s’accompagne de la sélection de variants génétiques parmi ceux qui étaient déjà présents dans la population progénitrice. En revanche, l’émergence de lignées spécialisées dans les mélanges 50:50 est attribuable à des mutations nouvellement acquises. Et ces mutations ne sont évidemment pas rares: « Les mutations observées dans nos réplicats sont complètement indépendantes. Nous voyons très rarement la même mutation dans différents échantillons – pourtant la division phénotypique entre généralistes et spécialistes dans des populations complètement mixtes a été observée à plusieurs reprises, « Dit Wolf.

Ces résultats sont importants dans le contexte de la réaction des populations aux modifications du caractère et de la distribution des niches variables. « Il a toujours été supposé que l’interruption du flux génétique était une situation préalable à la divergence adaptative », déclare Wolf. « Mais notre étude montre que, même lorsque les populations sont fortement connectées, des diversifications diverses peuvent néanmoins émerger, de sorte que toutes les niches disponibles peuvent être comblées.