Les pinsons de Darwin sont les emblèmes de l’évolution. Les oiseaux qu’il a vus sur les îles Galápagos lors de son célèbre voyage autour du monde en 1831-1836 ont changé sa pensée sur l’origine des nouvelles espèces et, finalement, celle des biologistes du monde entier.
Darwin s’est interrogé sur les changements de forme des becs des oiseaux d’une île à l’autre. Les pinsons dits cactus possèdent des becs plus longs et plus pointus que leurs parents les pinsons terrestres. Les becs des roselins sont plus fins et plus pointus que les deux autres. Ces adaptations les rendent plus aptes à survivre sur la nourriture disponible.
Des chercheurs de la Harvard Medical School ont poussé l’histoire un peu plus loin. Grâce à des analyses génétiques modernes, ils ont trouvé une molécule qui régule les gènes impliqués dans le façonnage des becs des pinsons de Darwin. « La calmoduline est une protéine qui se lie à certaines enzymes et les active, ce qui déclenche un signal qui finit par activer ou désactiver des gènes spécifiques », explique Arkhat Abzhanov, biologiste de l’évolution à Harvard. Ces signaux modifient le comportement des cellules responsables de la sculpture du bec.
Les membres de l’équipe de recherche ont reçu la permission de collecter des œufs de pinsons dans le parc national des Galápagos, un groupe d’îles rocheuses dans l’océan Pacifique, à environ 600 miles à l’ouest de l’Équateur. Les pinsons femelles pondent des couvées de quatre à cinq œufs, un par jour. Pour éviter la perturbation et l’abandon des nids, les chercheurs n’ont prélevé que les troisièmes œufs pondus.
Dans le département de génétique de la Harvard Medical School, 26 embryons d’oiseaux ont été examinés, à l’aide de puces génétiques qui révèlent quels gènes sont les plus actifs dans la tête des pinsons en développement. Cette activité a ensuite été mise en correspondance avec la taille et la forme des becs adultes.
L’enquête s’est rapidement concentrée sur la calmoduline comme interrupteur capable d’activer les gènes impliqués dans l’augmentation de la longueur du bec. Cette protéine n’avait encore jamais été impliquée dans le développement du crâne et de la face de quelque oiseau que ce soit.
« Nous avons constaté que la calmoduline était effectivement exprimée à des niveaux détectablement plus élevés chez les pinsons des cactus par rapport aux pinsons terrestres, et donc associée à leurs becs plus longs », explique Clifford Tabin, professeur de génétique. « Ce niveau plus élevé est à la fois biologiquement pertinent et fonctionnellement important pour le façonnage des becs allongés, qui sont utilisés de manière spécialisée pour sonder les fleurs et les fruits des cactus à la recherche de pollen, de nectar et de graines. » La même poussée de calmoduline n’a pas été trouvée chez les pinsons terrestres à bec plus émoussé.
Un bec à l’évolution
Lorsque Charles Darwin a vu pour la première fois les îles Galápagos, il les a décrites comme 10 îles « situées sous l’équateur. » Il a noté qu’elles avaient pour origine des volcans et étaient jalonnées de cratères. « Certains des cratères, surmontant les plus grandes îles, sont d’une taille immense, et ils s’élèvent à une hauteur de trois à quatre mille pieds. »
Notant des différences dans les habitudes alimentaires des pinsons, Darwin a écrit que les pinsons cactus « peuvent souvent être vus grimpant autour des fleurs des grands cactus. » En voyant la diversité des becs et autres structures chez les pinsons étroitement apparentés, il a écrit dans son carnet, « on pourrait vraiment s’imaginer qu’une espèce a été prise et modifiée à des fins différentes. »
Darwin a développé cette idée lorsqu’il a publié sa bombe intellectuelle, l' »Origine des espèces », quelque 25 ans plus tard, en 1859. Il a émis l’hypothèse que des oiseaux, ressemblant à des étourneaux, sont arrivés sur les îles Galápagos par le vent. L’évolution a pris le relais et les différents groupes ont développé des régimes alimentaires différents. Lorsque, écrit-il, « un immigrant s’installe pour la première fois sur l’une des îles, … il sera sans aucun doute exposé à des conditions différentes dans les différentes îles (où) il devra rivaliser avec un ensemble différent d’organismes. (…) Ensuite, la sélection naturelle favoriserait probablement différentes variétés dans les différentes îles. »
En d’autres termes, les becs changeaient à mesure que les oiseaux développaient des goûts différents pour les fruits, les graines ou les insectes ramassés sur le sol ou les cactus. Des becs longs et pointus rendaient certains d’entre eux plus aptes à cueillir les graines des fruits des cactus. Les becs plus courts et plus robustes étaient plus adaptés à la consommation de graines trouvées sur le sol. Finalement, les immigrants ont évolué en 14 espèces distinctes, chacune ayant son propre chant, ses préférences alimentaires et la forme de son bec. Les pinsons fauvettes, par exemple, attrapent les insectes avec des becs plus pointus et plus fins que ceux des mangeurs de cactus.
Pour l’avenir, note Abzhanov, « il reste sept ou huit autres pinsons de Darwin à bec unique à explorer. Ces oiseaux servent de point de départ idéal , car ils sont très proches mais très diversifiés en termes de forme et de structure.
« Nous nous attendons également à ce que la calmoduline soit importante dans d’autres groupes d’oiseaux à long bec. Cependant, ce ne sera pas toute l’histoire pour des oiseaux comme les cigognes et les ibis. L’augmentation de l’activité de la calmoduline entraîne une augmentation modeste de 10 à 14 % de la longueur du bec, ce qui correspond bien aux différences de longueur entre les pinsons cactus et les pinsons terrestres, mais des mécanismes supplémentaires pourraient être nécessaires pour des becs encore plus longs. »
Abzhanov, Tabin et leurs collègues de Harvard, Princeton et de l’Institut de pathologie moléculaire de Vienne, en Autriche, ont publié le résultat de leurs recherches sur les pinsons dans le numéro du 3 août de la revue Nature. 3 août de la revue Nature.
Interrogé sur la possibilité de la présence de calmoduline dans la tête des humains, Abzhanov répond : « À ce stade, nous ne savons pas si les mammifères en général ou les humains en particulier emploient la calmoduline pendant le développement de leur crâne et de leur visage. C’est toutefois très probable, car la calmoduline semble être impliquée dans des processus très fondamentaux du développement cranio-facial. Nous savons qu’elle est exprimée au bon moment et au bon endroit dans le développement des embryons de souris. Nous allons certainement poursuivre son (ses) rôle(s) au cours du développement de la souris et du poulet. »
