 Crédit photo: Mike Lucibella |
(De gauche à droite) Jacob Idec, Scott Hotaling et J.D. Gantz recherchent des larves de moucherons dans de la mousse au sommet d’une colline rocheuse sur une île près de la station Palmer. |
Ce que les Gènes de la Petite Cécidomyie dure de l’Antarctique Peuvent Nous dire
Les scientifiques examinent de près le plus grand animal terrestre de l’Antarctique.
C’est un petit insecte appelé la cécidomyie antarctique, et ils ne poussent pas beaucoup plus gros qu’un ongle. Il y a beaucoup de questions persistantes sur ces bestioles, et les chercheurs espèrent qu’une vaste étude de leur minuscule génome pourra commencer à révéler des réponses.
En février et mars, une équipe de scientifiques a navigué sur le navire de recherche Laurence M. Gould sur la côte de la péninsule antarctique, menant l’étude la plus étendue de la cécidomyie antarctique à ce jour.
» Nous avons pu collecter des moucherons qui vivent dans différents endroits et vivent dans différents environnements « , a déclaré Nicholas Teets de l’Université du Kentucky et chercheur principal du projet. « Nous allons examiner leur constitution génétique sous-jacente pour voir en quoi leur constitution génétique diffère entre ces différentes parties de l’Antarctique. »
En comparant leurs cartes génétiques, ils espèrent en savoir plus sur la persistance de ces insectes sur le continent le plus dur depuis des millions d’années et sur ce que l’avenir pourrait leur réserver.
« Nous nous intéressons à la façon dont ces populations sont arrivées là où elles sont tout au long de l’histoire de l’Antarctique », a déclaré Teets.
Le projet est soutenu par la National Science Foundation, qui gère le programme antarctique américain.
Pas de fourmis en Antarctique
Bien que les insectes soient omniprésents dans le monde, ils sont en quelque sorte une aberration en Antarctique.
» Les insectes sont incroyablement rares en Antarctique. Il y a eu un million d’espèces d’insectes trouvées sur la planète Terre et seuls trois insectes peuvent être trouvés en Antarctique, c’est donc un endroit vraiment difficile à vivre pour les insectes « , a déclaré Teets. « Nous sommes intéressés par la façon dont ils peuvent le faire, quelles sont les adaptations uniques spéciales dont ils disposent qui leur permettent de faire face à ces environnements extrêmes de l’Antarctique. »
De ces trois espèces, seule la Belgica antarctica, plus communément appelée cécidomyie antarctique, est vraiment originaire du continent gelé. Ce sont des créatures assez robustes, et elles doivent l’être pour vivre et prospérer sur le continent le plus dur.
« Ils sont ce que nous considérons comme un poly-extrémophile, ce qui signifie qu’ils sont très tolérants à de nombreux types de stress », a déclaré Teets.
Ils vivent et prospèrent dans des conditions extrêmement froides et sèches, des environnements que la plupart des êtres vivants trouveraient carrément mortels.
« La cécidomyie antarctique pose une limite sur beaucoup de ces choses », a déclaré Scott Hotaling, chercheur postdoctoral à l’Université d’État de Washington. « C’est l’insecte vivant le plus au sud du monde. C’est l’un des plus tolérants au froid. C’est l’un des plus tolérants à la dessiccation. Il a le plus petit génome et c’est le seul insecte endémique de l’Antarctique. »
Les chercheurs travaillent eux-mêmes à comprendre les limites du type de conditions extrêmes que les moucherons peuvent tolérer, et comment cela se passe.
« Notre travail a commencé en tant que tolérances physiologiques de base; comment survivent-elles ici et que peuvent-elles tolérer », a déclaré J.D. Gantz, physiologiste au Hendrix College. « a évolué pour poser des questions sur la façon dont cet insecte se disperse, dans quelle mesure est-il capable de se déplacer d’un endroit à un autre et comment cela affecte le flux de gènes entre les populations et comment cela correspond aux tolérances physiologiques chez cet animal d’une population à l’autre. »
Ces insectes ont évolué de manière à faire face aux températures inférieures à zéro de l’Antarctique. L’un des espoirs est qu’en apprenant comment ces moucherons se sont adaptés à la congélation solide pendant plus de la moitié de l’année, les chercheurs puissent transférer certaines de ces techniques à d’autres fins.
« Mon laboratoire s’intéresse également à la cryoconservation, ou à la capacité de stocker des choses dans le froid pendant une longue période », a déclaré Teets. « Une partie de notre objectif pour étudier les adaptations chez des espèces comme la cécidomyie antarctique, qui sont déjà très bonnes pour la congélation, est de voir si certaines de ces informations pourraient être appliquées pour aider à geler d’autres choses, et peut-être même plus loin dans le futur, les connaissances d’espèces comme la cécidomyie pourraient être utilisées pour améliorer la cryoconservation des tissus et des organes humains. »
Réfrigérateurs de moucherons
Pour étudier la cécidomyie antarctique, l’équipe a d’abord dû sortir et en trouver. L’équipe de terrain a navigué sur le navire de recherche Laurence M. Gould sur la côte de la péninsule antarctique, s’arrêtant sur plus de 20 sites en cours de route pour collecter et stocker des échantillons vivants.
« Cette saison était principalement axée sur l’obtention des échantillons pour la génétique des populations », a déclaré Teets. « ils étaient sur le navire et ils avaient accès à tous ces différents sites de collecte auxquels nous n’étions jamais allés auparavant. »
Sur chaque site de terrain, l’équipe emmenait un petit bateau à terre et se déplaçait, à la recherche de touffes révélatrices de croissance de plantes ou d’algues qui signifiaient généralement que des moucherons seraient trouvés ci-dessous. Les larves de moucherons sont elles-mêmes plus petites qu’un grain de riz, mais se rassemblent souvent en touffes. Avec précaution, à l’aide d’une pince à épiler ou d’un aspirateur, ils se sont mis à collecter plusieurs dizaines de larves de moucherons sur chaque site.
« Il est particulièrement utile d’en obtenir autant car nous ne sommes pas en mesure de les reproduire en laboratoire actuellement », a déclaré Jacob Idec, étudiant de troisième cycle au Hendrix College. « Là où nous les obtenons, c’est essentiellement la collecte. »
Après avoir recueilli ce dont ils avaient besoin dans un lieu, ils cherchaient un microenvironnement différent, généralement quelque part plus haut, plus loin du rivage ou généralement plus sec.
» Nous avons beaucoup de sites et beaucoup de moucherons « , a déclaré Idec. « Nous avons eu beaucoup de bonnes journées et nous avons pu collecter beaucoup de moucherons dans de nombreux endroits différents, ce qui a été passionnant, et devrait fondamentalement rendre la génétique qui en ressort plus précieuse, en ayant plus de sites et plus d’emplacements. »
En comparant les moucherons dans des environnements variés et à différents endroits le long de la péninsule, l’équipe espère voir quels types de différences génétiques existent entre les populations et obtenir un aperçu de la façon dont ils se sont adaptés à leur niche particulière sur le continent.
« Nous collectons des données génomiques à échelle très fine auprès de nombreux individus de chaque population, ce qui nous permettra d’avoir une bonne perspective sur la diversité génétique totale au sein de la population et nous pourrons prendre ces données et les comparer entre les populations », a déclaré Hotaling. « Y a-t-il un schéma selon lequel plus vous êtes éloigné, plus vous êtes génétiquement distinct? Ou, parce que nous échantillonnons des choses comme une colline plus élevée par rapport à une petite vallée, ou un endroit où il y a beaucoup de guano de manchots par rapport à non, la différenciation génétique se structure-t-elle par type d’habitat? Donc, ces deux-là, traditionnellement dans la littérature génétique, sont appelés isolement par distance, vous êtes plus éloignés, donc vous êtes plus différents, par rapport à l’isolement par environnement, où ce n’est pas la distance, c’est à quel point votre environnement est similaire. »
Cette question de savoir quelles populations sont les plus semblables les unes aux autres présente un intérêt particulier car, bien que les moucherons y soient adeptes, prospérer en Antarctique n’est pas un mode de vie particulièrement glamour. Ils passent la grande majorité de leur vie de deux ans en tant que larves à peine mobiles. Ressemblant à de minuscules vers noirs, ils rampent juste sous la surface, généralement dans des plaques de mousse ou d’algues terrestres ou même de guano de pingouin. Pendant environ huit mois de l’année, les larves sont en fait congelées, ne décongelant que pour se nourrir pendant les mois d’été les plus chauds.
» Ils ne passent qu’environ dix à 14 jours à l’âge adulte « , a déclaré Teets. » Quand ils sont adultes, ils sont sans ailes. Ils n’ont pas non plus de parties buccales fonctionnelles à l’âge adulte, ils ne mangent ni ne boivent rien, ils rampent simplement, cherchent un partenaire, les femelles pondent leurs œufs puis meurent. »
Ce cycle de vie essentiellement terrestre, combiné à leur absence d’ailes, présente un casse-tête pour les chercheurs qui tentent de comprendre comment ils ont pu se propager si largement sur toute la longueur de la péninsule antarctique.
« Il n’y a pas de mécanisme clair pour que cet insecte se déplace, se disperse d’un endroit à l’autre », a déclaré Gantz. « Les adultes sont la phase de dispersion, ils ne vivent que quelques jours. Ils sont sans ailes, ils ne roulent pas sur les courants d’air, du moins je devrais dire que nous ne les avons jamais vus sur les courants d’air, et nous l’avons cherché. Ils ne flottent pas particulièrement bien. Nous ne savons pas vraiment comment cet insecte se déplacerait d’île en île. »
Bien que l’équipe ne s’attende pas à résoudre tous ces mystères avec leurs seules données génétiques, en sachant quelles populations sont les plus similaires, elle peut commencer à avoir une idée de la mobilité des moucherons en tant qu’espèce. Il y a d’autres questions persistantes à leur sujet que l’équipe espère éclaircir.
Punaises coriaces
Le parent le plus proche de la cécidomyie est originaire de la région de Patagonie en Amérique du Sud, dont l’Antarctique s’est séparée il y a environ 30 à 40 millions d’années avec l’ouverture du passage de Drake. Au cours de cette période, le globe a subi un certain nombre d’âges glaciaires; des époques où les calottes glaciaires de l’Antarctique se sont encore agrandies, engloutissant les quelques zones de refuge libres de glace de la cécidomyie. Comment l’espèce a pu survivre à des gelées profondes prolongées pendant des centaines de milliers d’années est un autre mystère.
« Ils ont en quelque sorte pu persister en Antarctique tout au long de ces cycles de glaciation répétés », a déclaré Teets. « Certaines de ces données génétiques nous aideront à répondre à certaines de ces questions sur la façon dont ils sont arrivés là où ils sont. »
Bien que les moucherons aient réussi à survivre à des périodes extrêmement glaciales sur le continent, l’avenir s’annonce plus chaud, ce qui pourrait causer des problèmes aux insectes.
« L’une des très rares contraintes qu’ils ne gèrent pas bien est la température élevée », a déclaré Gantz. « Au moins d’un point de vue théorique, le changement climatique ne sera pas une bonne chose, surtout si, comme nous le soupçonnons, ils ne sont pas très doués pour se disperser, ils n’ont donc pas de mécanisme clair pour se déplacer vers le sud alors que les choses se réchauffent plus au nord. »
De plus, à mesure que la péninsule se réchauffe, les insectes du nord plus chaud pourraient commencer à se frayer un chemin dans le territoire de la cécidomyie antarctique et commencer à les repousser.
» Notre premier site de ce voyage était la péninsule Byers sur l’île Livingston. Nous y avons trouvé un moucheron différent qui ressemble beaucoup à Belgica, mais qui a des ailes sur les adultes « , a déclaré Hotaling. « Il est assez facile d’imaginer que si les limites latitudinales inférieures de cette espèce sont fixées par les basses températures, qui augmentent, elle pourrait se disperser activement vers le sud et potentiellement déplacer Belgica. »
Certaines des études physiologiques que l’équipe a prévues pour les moucherons qu’elle a collectés pourraient offrir un aperçu de la capacité de la cécidomyie antarctique à réagir aux conditions climatiques changeantes. Cependant, il est particulièrement difficile de savoir avec certitude ce qui est susceptible de se produire alors qu’il y a encore de nombreuses questions de base sans réponse sur les moucherons de l’Antarctique.
« Nous savons à peine où se trouvent les limites de leur population, nous n’avons même rien de proche d’une estimation de la taille de la population, nous ne savons pas si elles augmentent ou si elles diminuent », a déclaré Gantz.
En raison de l’éloignement de l’endroit où ces moucherons habitent, il peut s’écouler des années, voire des décennies avant que les scientifiques puissent commencer à se familiariser avec certaines de ces questions. Debbie Harner, éducatrice au Living Arts and Science Center de Lexington, dans le Kentucky, s’est jointe à l’équipe de terrain pour aider à partager leur travail avec le public et inspirer la prochaine génération de scientifiques qui pourraient assumer cette charge.
» J’ai l’occasion de partager avec de jeunes enfants ce qu’ils font « , a déclaré Harner. « Je vais présenter un programme sur l’Antarctique à la communauté, partager ce que nous avons fait pendant ce voyage et enseigner aux enfants les animaux de l’Antarctique comme la cécidomyie et certaines des adaptations dont ils disposent. »
À l’heure actuelle, les centaines de larves collectées par l’équipe sont réparties entre le laboratoire de Teets dans le Kentucky et le laboratoire de Gantz dans l’Arkansas, alors que l’équipe se prépare à commencer son travail génétique et physiologique. L’équipe a encore deux saisons de travail sur le terrain prévues et a l’intention de retourner sur plusieurs de ses meilleurs sites pour collecter plus d’échantillons.
Recherche financée par la NSF dans cette histoire: Nicholas Teets, Université du Kentucky, Prix n ° 1850988.