Les changements génétiques derrière des queues plus longues chez les serpents arboricoles

Des scientifiques ont mis au jour les modifications génétiques qui ont permis à des serpents vivant dans les arbres d’évoluer vers des queues plus longues dans plusieurs lignées distinctes.

Ce résultat montre que des changements similaires de l’ADN ont, à plusieurs reprises, remodelé la morphologie des serpents en réponse à la vie arboricole.

Indices tirés de la morphologie des serpents

L’analyse de 323 serpents appartenant à 110 espèces révèle un signal net : les queues les plus longues se retrouvent surtout chez les espèces dont le mode de vie est principalement arboricole.

En comparant ces espèces, Jia-Tang Li, au Chengdu Institute of Biology (CIB), a relié l’allongement de la queue à des changements génétiques héréditaires.

Fait marquant, dans des lignées de serpents séparées, la même tendance vers des queues plus longues est apparue de manière indépendante, ce qui suggère une réponse évolutive répétée plutôt qu’une origine unique.

Cette répétition resserre les hypothèses vers des mécanismes biologiques précis, ceux qui déterminent notamment combien de vertèbres se forment dans la queue.

Rôle des queues plus longues

Sur des branches étroites, une queue plus longue offre davantage de points d’appui et améliore le contrôle lorsque le corps se tord.

Des travaux antérieurs avaient déjà établi que les espèces grimpeuses portent des queues plus longues que leurs parentes terrestres, un avantage probable pour l’équilibre et la prise.

Dans la nouvelle comparaison, la longueur de la queue augmentait avec le nombre de vertèbres caudales de façon extrêmement serrée, au point que l’association atteignait 0.91.

Un lien aussi étroit déplace donc la question : il s’agit moins de la forme extérieure que du fonctionnement embryonnaire qui continue d’ajouter des segments à l’arrière du corps.

Établir une carte du génome

Pour remonter à l’ADN à l’origine de ce schéma, l’équipe du CIB a produit un génome de haute qualité du serpent-chat vert.

Cet assemblage s’étendait sur 18 chromosomes et atteignait 98.1% lors d’un test standard de complétude.

En s’appuyant sur Boiga cyanea et sur l’espèce arboricole éloignée Ahaetulla prasina, les chercheurs ont pu confronter deux « expériences » menées indépendamment par l’évolution.

Comparer des lignées très distantes renforce l’argument de convergence, car des signaux concordants deviennent plus difficiles à attribuer au hasard.

Gènes soumis à la sélection

Plusieurs changements partagés ont été détectés dans des portions du programme de développement qui découpent le corps en unités répétées au cours de la croissance.

Ces unités, appelées somites, sont des blocs embryonnaires précoces qui donneront ensuite les vertèbres, et les serpents en produisent un nombre inhabituellement élevé.

Parmi les cibles les plus marquantes figuraient des gènes qui participent au contrôle du moment où de nouveaux segments corporels se forment, de l’endroit où ils se séparent, et de la manière dont la colonne s’allonge.

Comme les deux lignées arboricoles présentent des modifications similaires, l’allongement de la queue a vraisemblablement émergé via la même voie biologique.

Une horloge plus rapide

Un autre indice provient de l’horloge de segmentation, un minuteur moléculaire qui cadence l’espacement des nouveaux segments corporels durant le développement précoce.

Chez les serpents, ce minuteur fonctionnerait environ quatre fois plus vite que chez les souris ou les lézards, ce qui permet la formation d’un plus grand nombre d’éléments vertébraux.

La nouvelle étude a mis en évidence de récents changements évolutifs dans des gènes contribuant à maintenir ce minuteur « en rythme ».

Ces signaux ne démontrent pas chaque étape de façon directe, mais ils désignent la vitesse du développement comme un levier plausible.

Des interrupteurs d’ADN qui évoluent

Les différences ne se limitaient pas aux gènes : elles concernaient aussi des régions d’ADN voisines qui régulent l’activation des gènes.

Plusieurs de ces régions de contrôle se situaient près de composants centraux du système qui détermine où le tronc s’arrête et où la queue commence.

Lors de tests en laboratoire, la plupart de ces régions se comportaient différemment chez les serpents arboricoles par rapport à ceux restant au sol.

De tels décalages peuvent modifier le calendrier de croissance et favoriser l’allongement de la queue sans changer les gènes eux-mêmes.

Une évolution ciblée

Le passage à la vie dans les arbres s’est produit à de multiples reprises chez les serpents, sans qu’il semble déclencher pour autant une explosion du nombre d’espèces.

La majorité des transitions vers cet habitat proviendrait d’ancêtres terrestres plutôt que de lignées aquatiques, indiquant le point de départ habituel de ces changements répétés.

La queue plus longue paraît donc moins associée à une diversification rapide qu’à une fonction bien particulière.

Cette nuance compte : une anatomie utile peut résoudre un problème écologique sans multiplier le nombre de lignées de serpents.

Au-delà des queues de serpents

Des voies de développement comparables façonnent d’autres parties du corps chez les vertébrés, ce qui donne à ce résultat une portée dépassant le cas des serpents.

Chez la souris, la modification d’un seul gène peut soit raccourcir la queue, soit ajouter davantage d’os caudaux, selon la manière dont elle influence le tempo de croissance.

Ce parallèle avec la souris rend l’observation chez les serpents plus crédible, puisque la même voie est déjà capable de remodeler la queue chez un autre vertébré.

Il suggère aussi que l’évolution ajuste souvent des systèmes de développement existants plutôt que d’en créer de entièrement nouveaux.

Ce qui manque encore

Malgré des indices génomiques solides, les chercheurs ne peuvent pas encore observer en temps réel la façon dont ces changements précis de l’ADN remodèlent un embryon de serpent.

L’équipe du CIB dirigée par Li, ainsi que ses collaborateurs, ne disposent pas des systèmes expérimentaux souples courants chez la souris, ce qui ralentit les tests directs sur des embryons de serpents.

Les prochaines étapes devront inclure des expériences directes : activer ou désactiver des gènes ou des « interrupteurs » candidats, puis mesurer l’effet sur la croissance de la queue.

D’ici là, l’article fournit l’explication la plus convaincante à ce jour, même si certains liens causaux restent à établir.

Ce que cela implique

La vie dans les arbres a, à plusieurs reprises, favorisé des queues plus longues chez les serpents, et l’évolution y a répondu en modifiant à la fois des gènes et des interrupteurs qui guident la croissance des vertèbres.

Cet éclairage pourrait, à terme, aider les biologistes à tester comment les plans d’organisation du corps se transforment d’une espèce à l’autre, des reptiles accrochés aux branches jusqu’aux mammifères.