Introduction :
Problématique : Toutes les espèces animales pourraient elles être douées de mimétisme ?
Constat : Certaines espèces animales n’ont aucun intérêt à être douées d’homochromie variable. Tels que les éléphants, les rhinocéros et les lions, des animaux n’utilisent pas comme stratégie de défense et d’attaque cette aptitude mais plutôt leur physique imposant. Il parait donc impossible que toutes les espèces animales adoptent ce processus.
Cependant, peu d’espèces animales sont dans ce cas. En effet, très peu d’animaux se contentent de leurs capacités physiques pour survivre. Nous nous demandons donc si ces espèces pourraient être douées d’homochromie variable, si elles pourraient acquérir cette stratégie dans un futur plus ou moins proche afin d’assurer leur survie.
Point de départ : Nous savons que l’homochromie variable est répandue dans des classes animales entières comme chez les caméléons ou les céphalopodes. Dans le même temps, nous avons étudié les structures spécifiques et le contrôle de l’homochromie variable. Nous avons pu constater que ce processus était extrêmement complexe, faisant intervenir de multiples chromatophores de différents types, nécessitant une structure dermique et épidermique très complexe ainsi que l’action de quatre hormones distinctes.
Hypothèse : L’homochromie variable a une origine génétique. Étant le résultat de modifications des gènes, un grand nombre d’espèces animales pourraient l’acquérir. Cependant, ce processus étant très complexe, le temps que ces dernières utiliseraient pour mettre en place une telle stratégie serait très long.
Nous allons essayer maintenant de vérifier cette hypothèse et donc de résoudre notre problème. Pour cela, nous avons interviewé quatre scientifiques sur quatre axes majeurs :
Vincent Canova, étudiant à la Faculté des Sciences d'Aix-Marseille en 3ème année de Biologie des Populations et des Ecosystèmes.
Nicolas Chazot, membre du Muséum National d’Histoire Naturelle.
Étudiant en biologie à Paris (anonyme).
Gheylen Daghfous Doctorant au Muséum National d'Histoire Naturelle.
I L’apparition de l’homochromie variable :
Nous avons avant tout besoin de savoir dans quelles circonstances s’est manifesté ce type de mimétisme pour pouvoir ensuite poursuivre nos recherches.
À quelle époque estime-t-on l'apparition de l’homochromie variable? Où est-elle apparue?
N.C : Le mimétisme étant extrêmement associé aux organes de la vue il est à supposer que son apparition soit contrainte par l’apparition d’organes de vue justement. On donne le précambrien mais cela peut être plus tard.
V.C : Si on suppose que l'homochromie variable est apparue en premier chez les céphalopodes, elle serait apparue au Silurien, il y a 430 millions d’années. En effet des preuves de colorations originales ont été détectées sur des fossiles de céphalopodes datés de cette époque. Par la suite au Dévonien les céphalopodes ont montré des motifs de coloration plus complexes dont le fonctionnement devait être plus complexe. Ces fossiles ont été trouvés dans une zone qui correspond aujourd'hui à l’Europe de l'Est, mais il est difficile de savoir si c'est bien dans cette zone que l'homochromie est apparue la première fois.
Conclusion : L’apparition de l’homochromie variable n’est pas définie avec précision. On donne sans en être sûr le précambrien, c'est-à-dire il y a plus de 542 millions d’années. Cependant, on sait avec certitude qu’au silurien, c'est-à-dire il y a 430 millions d’années, les céphalopodes présentaient déjà ce processus. On ne peut pas non plus déterminer précisément où ce type de mimétisme est apparu.
II Les classes ayant développé l’homochromie variable au cours du temps :
Nous nous demandons maintenant quelles sont les espèces qui ont adopté cette stratégie et pour quelles raisons.
1 : Combien d'espèces estime-t-on être douées de mimétisme aujourd’hui ?
V.C : Il est très difficile d'estimer le nombre d'espèces douées de ce type particulier de mimétisme. La seule chose c'est qu'en général l’homochromie est plus poussée chez les espèces de taille modeste, les plus grosses n’imitant pas un objet particulier mais plutôt un ton. Cela reste difficile à estimer même si cela concerne un nombre d’espèces plus réduit que l'homochromie simple.
N.C : Le « mimétisme » regroupant tellement de stratégies, le pourcentage d’organismes impliqués dans du mimétisme doit être très élevé. Pour l’homochromie variable en revanche, le nombre doit être beaucoup plus restreint dans la mesure où il fait intervenir des mécanismes assez complexes pour que l’organisme soit capable de changer de couleur rapidement. Cependant il n’y a pas de chiffres exacts.
2 : Quelles sont les classes les plus concernées par ce processus ?
V.C : Des poissons, quelques petits crustacés et quelques rares insectes et reptiles sont capables d'homochromie variable mais cette faculté est surtout rencontrée chez les céphalopodes ( pieuvres, calmars, seiches etc.).
N.C : On trouvera généralement plus d’exemples d’organismes de petites tailles. Pour l’homochromie variable les exemples les plus fréquents sont évidemment les céphalopodes, le caméléon mais aussi certains criquets. C’est une stratégie apparue plusieurs fois indépendamment au cours de l’évolution.
Les classes les plus concernées par l'homochromie variable seraient la classe des reptiles et des poissons. Attention la classification des espèces évolue sans cesse, on ne parle plus à l'heure actuelle, à proprement parler, de poisson ou de reptile!
3 : Pourquoi ces classes-là ont-elles développé la faculté de pouvoir changer de couleur de peau contrairement aux autres? Pourquoi cette capacité de camouflage plutôt qu’un autre moyen de défense ou d'attaque ?
G.D : La faculté de ces classes à changer de couleur vient de la structure spécifique de leur peau. En effet, leur peau contient plusieurs types de cellules pigmentaires appelées chromatophores. Ces cellules sont réparties différemment selon les espèces. La peau du caméléon contient ainsi des xantophores, des érythrophores, des iridophores et des mélanophores répartis sur plusieurs couches. Toutes ces cellules pigmentaires peuvent rapidement déplacer leurs pigments et donc faire varier l'intensité des couches pigmentaires. Le caméléon peut par conséquent former de nombreux motifs dans une grande variété de teintes.
Ces classes n’ont pas "choisi" de développer cette capacité de camouflage par rapport à un autre moyen de défense ou d'attaque. Cette capacité est apparue par hasard et sans doute progressivement au cours de l'évolution. Les individus capables de se camoufler par homochromie variable ont été avantagés par le biais de la sélection naturelle par rapport à ceux dont les capacités de camouflage étaient moins développées.
Déductions :
-On ne sait pas avec exactitude combien d’espèces sont concernées par l’homochromie variable. On sait simplement que ce nombre est restreint, ce processus reposant sur des mécanismes relativement complexes pour changer la couleur de la peau.
-Les espèces les plus concernées par ce processus correspondent à des organismes de petite taille : ce sont les céphalopodes, certains crustacés, quelques rares insectes et reptiles. Ces espèces ont développé indépendamment cette stratégie les unes des autres. Il n’y a pas de lien direct entre elles.
-La capacité des animaux doués d’homochromie variable à changer de couleur vient comme nous l’avons dit précédemment de la structure spécifique de leur peau. Cette capacité n’a pas été véritablement voulue par ces êtres. Ceux-ci ont été avantagés par la sélection naturelle. Ainsi, l’homochromie variable est apparue par hasard au cours de l’évolution, permettant à des espèces d’adopter une stratégie à la fois de défense et d’attaque.
Conclusion :
On voit donc que l’homochromie variable est apparue plusieurs fois indépendamment au cours de l’évolution naturelle. Elle s’est développée chez des espèces entières notamment chez les céphalopodes et chez certains insectes, leur permettant sûrement de survivre par le biais de la sélection naturelle. On peut donc supposer la présence d’un facteur génétique à travers des mutations dans ce phénomène.
III L’importance de la génétique et de l’environnement dans l’apparition de l’homochromie variable :
1 : Le phénotype étant déterminé par le génotype, l'homochromie variable posséderait donc une origine génétique ?
N.C : Dire que le phénotype est uniquement déterminé par le génotype est très réducteur. Il est plus juste de dire que le phénotype est déterminé par une interaction entre le génotype et l’environnement. Il n’existe pas de « gène du mimétisme ». Ce sont des gènes qui vont intervenir par exemple dans la coloration de la peau, dans la vision des organismes pour reconnaitre la couleur du substrat, pour induire un changement de couleur en réponse au stimulus visuel. Ces gènes, soumis à la sélection naturelle ont évolué au cours du temps et encore aujourd’hui. Par exemple, les individus qui réussissent le mieux le camouflage auront tendance à avoir un meilleur succès reproducteur et leurs versions de gènes tendront à supplanter les autres conduisant à un perfectionnement de leur changement de couleur dans la population.
Si l'on veut déterminer une origine au mimétisme il faut suivre une petite réflexion presque philosophique.
Le mimétisme est une expression rendue possible par un outil : la génétique. Les gènes sont le moyen, l'outil ou plutôt la notice, non l'auteur! Qui est l'auteur de cette œuvre? La sélection naturelle ? L’évolution? La conscience ou le subconscient de l'animal? De ce coté là, il est impossible de prouver l'auteur sans entrer dans des spéculations!
Mais par contre le commanditaire de l'œuvre c'est l'environnement! C’est le milieu qui dicte ses lois aux êtres vivants et leur impose de s'adapter! Cela revient à dire que chaque stratégie n'est valable que dans un type d'environnement. Le phénotype est une manifestation physique et individuelle exprimée par les gènes et influencée par les variantes environnementales!
Est ce le phénotype influencé par l'environnement qui fait que la sélection naturelle modifie sa génétique ? Ne serait-ce pas une erreur génétique qui fait que cette sélection naturelle crée un nouveau phénotype pouvant s’intégrer à l'environnement ce qui aboutit à l’évolution ou bien ne le pouvant pas ce qui conduit à l’élimination de l'individu?
2 : Est-ce le résultat de mutations ponctuelles ?
V.C : C'est exact et pour les mutations impliquées cela peut être des mutations ponctuelles effectivement.
N.C : L’évolution de ces gènes se fait grâce à des mutations ponctuelles en effet mais pas seulement. Elle fait très certainement intervenir des duplications de gènes, des réarrangements des gènes au sein des chromosomes etc. Il est peu probable que les mutations ponctuelles soient seules responsables de l’évolution du mimétisme.
3 : Il y a-t-il une ressemblance au niveau génétique entre les espèces douées d’homochromie variable ?
Chaque homochromie variable est indépendante l’une de l’autre. Il n'y a pas deux types de mimétisme qui se ressemblent un tant soit peu sur le plan génétique même si leur apparence et parfois leur fonctionnement semblent concorder ! La seiche a par exemple développé autrement son mimétisme que l'a fait le caméléon. Ce que l’on appelle "mimétisme", c'est la convergence d'une multitude de caractères qui font qu'au final et par l'heureux "hasard" de la sélection naturelle, des animaux ont acquis cette capacité de se fondre dans leur milieu.
Déductions :
- Il n’existe pas un seul gène mais une multitude de gènes qui rentrent en jeu, aussi bien au niveau de la réception et de la conversion des stimuli, qu’au niveau de la vision et des chromatophores. L’homochromie variable est donc exprimée par les gènes. Mais la génétique n’est qu’un outil et cette stratégie est aussi influencée par l’environnement. En effet, c’est le milieu qui a imposé aux êtres vivants de s’adapter et de développer ce type de mimétisme. Ainsi, chaque homochromie variable ne correspond qu’à un seul type d’environnement et n’est pas adaptable à un autre. Par ailleurs, on ne sait pas réellement ce qui est à l’origine de l’apparition de ce processus. On ne peut pas dire avec précision si c’est le résultat d’erreurs génétiques qui ont été conservées car elles permettaient la survie de l’individu ou bien le fait que la sélection naturelle ait modifié le génome de cet individu pour qu’il s’adapte à son environnement. On touche là à un grand problème scientifique, celui de l’évolution.
-Les gènes entrant en jeu dans l’homochromie variable ont évolué. Ils ont certainement subi des mutations ponctuelles, des duplications, des réarrangements au sein des chromosomes... Toutes ces modifications ont abouti à la synthèse de protéines qui ont entrainé la mise en place de mécanismes complexes permettant alors aux animaux de modifier la couleur de leur peau. Ces gènes évoluent toujours afin que l’homochromie variable soit de plus en plus utile et efficace pour ceux qui l’ont développée.
-Chaque homochromie variable s’est développée indépendamment en fonction de l’environnement des animaux. Par conséquent, plusieurs types de mimétisme n’ont aucune ressemblance au niveau génétique même s’ils semblent être étroitement liés par leur fonctionnement.
Conclusion :
L’homochromie variable est un produit de l’évolution. Elle est exprimée par des gènes qui ont été modifiés et qui continuent de l’être pour améliorer cette stratégie. Mais elle est surtout influencée par des variantes environnementales. Ainsi, c’est le milieu, on se sait pas encore exactement de quelle manière, qui est à l’origine de ce processus. Par conséquent, chaque homochromie variable, correspondant à un environnement différent, est unique et indépendante. Il n’y a aucune ressemblance entre deux types de mimétisme sur le plan génétique. On devrait donc parler d’« homochromies variables » au pluriel.
Cette stratégie est donc apparue plusieurs fois indépendamment au cours du temps, dans des circonstances particulières. On peut alors supposer que l’homochromie variable pourrait apparaître encore aujourd’hui et se développer chez de nouvelles espèces animales.
IV. L’homochromie variable : un développement possible chez de nouvelles espèces ?
1 : Pensez-vous que des modifications de gènes pourraient donner aujourd'hui à une espèce animale la faculté d'être mimétique ?
V.C : Je dirais oui et non. Car la sélection naturelle et donc l’évolution est un phénomène continu. Les caractéristiques avantageuses que présentent certains organismes seront sélectionnées au cours d’innombrables générations. Donc, l’animal mimétique se "construit" petit à petit au cours des générations.
N.C : Ce n’est pas un seul gène qui est responsable du mimétisme mais une multitude. Le temps pour mettre en place les mécanismes nécessaires au mimétisme est très long et essentiellement dirigé par la sélection naturelle.
Le génie génétique aurait déjà pu greffer du gène animal sur du végétal alors bon… La nature peut nous réserver des surprises et donner à des espèces animales au bout d’un certain temps la faculté d’être mimétique.
2 : La transgénèse pourrait-elle permettre à des espèces d'acquérir l'homochromie variable ?
N.C : Il y a comme je vous l’ai dit une multitude de gènes responsables de l’homochromie variable. Chez certaines espèces on connait les gènes ou les groupes de gènes qui codent leur couleur. On connaît par exemple les gènes codant la couleur des ailes des papillons mimétiques du genre Héliconies. Si le gène de la couleur évolue, il est évident que cela aura un impact sur le mimétisme. Cependant, on n’a pas identifié avec précision les autres gènes responsables de cette fonction. Cela me parait donc extrêmement difficile. Il s’agirait en effet non pas d’introduire un gène mais plusieurs (dont certains que nous ne connaissons pas). Il faudrait introduire les gènes impliqués dans la coloration de la peau, ceux qui assurent à l’organisme de voir la couleur du substrat pour pouvoir l’imiter, mais aussi ceux qui le rendent capable de relier neuronalement par exemple la couleur du substrat qu’il voit à la coloration à adopter sur la peau. On pourrait également ajouter les comportements qui vont de pair avec homochromie variable, l’immobilité par exemple. Or tout cela fait intervenir beaucoup de gènes.
Il n’y a pas de séquences propres à la fonction "mimétisme". Comme je l’ai dit, il n'y a pas deux types de mimétisme qui se ressemblent un tant soit peu sur le plan génétique ! Par conséquent, il n’y a pas de gènes spécifiques à l’homochromie variable mais un grand nombre de fragments d’ADN qui entrent en jeu. Ainsi, l'inoculation de la fonction mimétisme vers un génotype étranger qui n'a pas évolué conjointement avec les évolutions de cette fonction parait très peu probable. Par exemple, cette fonction n'est possible chez le caméléon que parce que le système hormonal, nerveux, les couches de derme et d'épiderme ont conjointement évolué.
Déductions :
- Les animaux doués d’homochromie variable se construisent petit à petit au cours du temps à travers l’évolution et la sélection naturelle. Ainsi, il est possible que de nouvelles espèces développent naturellement cette stratégie. Dans le même temps, les gènes intervenant dans ce processus pourraient peut-être se greffer sur d’autres animaux. La nature pourrait donc faire apparaître une nouvelle fois indépendamment l’homochromie variable. Une seule chose est certaine : si cela se réalise, si effectivement un autre animal développe ce type de mimétisme, la mise en place des mécanismes indispensables à l’homochromie variable serait très longue du fait du nombre important de gènes intervenant dans ce processus.
-Par ailleurs, il parait très peu probable qu’une espèce acquière l’homochromie variable artificiellement. En effet, comme nous l’avons déjà dit, les gènes entrant en jeu dans cette stratégie sont très nombreux. De plus, on ne les a pas encore tous identifiés. Cela semble donc quasiment impossible que la transgénèse puisse permettre de développer cette fonction chez un autre animal qui n’a pas évolué naturellement de son côté. Si jamais cela était rendu possible, il faudrait encore attendre plusieurs années pour voir si cette modification constituerait une évolution pour l’animal ou bien un handicap qui entrainerait son élimination par le biais de la sélection naturelle. En clair, si jamais la transgénèse assurait le développement de ce type de mimétisme chez un animal, il faudrait vérifier que cette stratégie soit conservée au cours du temps.
Conclusion :
L’homochromie variable pourrait se répandre naturellement chez de nouvelles espèces et atteindre de nouveaux animaux. La nature pourrait en effet développer une nouvelle fois indépendamment une telle stratégie chez un animal. Peut-être d’ailleurs que cela est déjà en train de se réaliser. Si cela devient une réalité, si ce processus apparaît une nouvelle fois, l’unique certitude que nous avons est que la mise en place des mécanismes assurant les changements de couleur de la peau serait très longue à cause de la complexité de ces derniers. En revanche, il parait aujourd’hui improbable que la transgénèse puisse entrainer artificiellement l’apparition de ce type de mimétisme.
Conclusion de la partie : Réponse à la problématique :
Rappel de la problématique : Toutes les espèces animales pourraient-elles êtres douées de mimétisme?
Nous avons donc montré dans cette partie qu’il était impossible que toutes les espèces animales développent l’homochromie variable. Nous avons vu cependant que cette fonction, exprimée par les gènes et influencée par l’environnement, pourrait apparaître de façon naturelle à nouveau aujourd’hui. Elle constituerait alors une évolution pour certaines espèces et permettrait à ces dernières d’adopter une stratégie à la fois de défense et d’attaque efficace. Pour cette raison, on peut dire qu’un grand nombre d’espèces pourraient adopter ce processus sur une période relativement longue du fait de sa complexité. Maintenant, nous ne sommes plus que dans l’hypothétique. A la nature de confirmer ou non notre réponse!
Confrontation de l’hypothèse avancée et des résultats obtenus après les interviews :
Nous avons donc vérifié et étoffé notre hypothèse en exploitant des interviews de quatre scientifiques différents. En effet, l’homochromie variable a une origine génétique. Nous avons vu que c’était un fruit de l’évolution et que l’environnement jouait lui aussi un grand rôle dans cette stratégie. Nous avons mis en évidence le fait que ce type de mimétisme pourrait encore se développer naturellement aujourd’hui sur une longue période et toucher indépendamment de nouveaux animaux.
