Deux couleurs, quatre sexes

Le bruant à gorge blanche dans sa forme éclatante

Le bruant à gorge blanche (Zonotrichia albicollis) - vous savez, celui qui chante où es-tu Frédérique, Frédérique ? - est un oiseau commun, mais peu ordinaire. 

D'abord, l'espèce affiche deux types de plumage, et ce, indépendamment du sexe. C'est ce qu'on appelle des morphotypes et c'est une caractéristique qui existe chez d'autres espèces. On peut donc observer un morphotype "éclatant" caractérisé par des rayures blanches et noires très contrastées sur la tête et par une gorge blanche qui tranche sur la poitrine grise, ainsi qu'un morphotype "terne" aux rayures beiges et brun foncé et à la gorge moins contrastée. Ces deux formes vivent ensemble, dans le même habitat et dans des proportions à peu près équivalentes. 

La deuxième particularité est que la différence de plumage est associée à une différence de comportement. Les ternes sont plus enclins à la monogamie, plus attentifs à leur progéniture, moins agressifs et moins bons chanteurs que les "éclatants".

Le bruant à gorge blanche dans sa forme terne

Enfin la dernière particularité, et non la moindre puisque c'est la seule espèce chez laquelle on l'a observée jusqu'à présent, est que les individus d'une forme, quel que soit leur sexe, ne s'accouplent qu'avec les individus de l'autre forme. Autrement dit, madame et monsieur "éclatants" ne sont attirés que par les individus de sexe et de couleur opposés, et inversement. Il y a quand même quelques exceptions (1,5 % des couples sont de la même forme), mais qui s'expliquent généralement par l'absence de disponibilité de la forme opposée. 

Chez les bruants à gorge blanche, c'est un peu comme si la couleur définissait un autre sexe, portant à quatre le nombre de genres possibles: mâle/éclatant, mâle/terne, femelle/éclatante et femelle/terne; chaque individu ne pouvant s'accoupler qu'avec 1/4 des autres.

Chez les mammifères, le sexe est déterminé par la paire de chromosomes sexuels X et Y; la femelle étant XX et le mâle XY. Chez les oiseaux, ce sont les chromosomes W et Z qui déterminent le sexe; la femelle étant WZ et le mâle ZZ. 

Évidemment, la chose a intéressé les scientifiques, notamment la biologiste Elaina M. Tutle (†) et son mari Rusty A. Gonser. Soupçonnant une cause génétique, ils sont allés examiner le chromosome 2 des bruants connu pour héberger plusieurs gènes contrôlant le comportement des oiseaux et la couleur de leur plumage. Ils ont alors découvert que les bruants ternes avaient deux chromosomes 2 "normaux" (les chromosomes vont toujours par paires) tandis que les bruants éclatants avaient un chromosome 2 "normal" apparié à un chromosome 2 "muté". Cette mutation consiste en une inversion d'un long fragment de l'un des bras du chromosome (un chromosome ressemble un X avec quatre bras attachés en un point commun, le centromère). Comme les gènes (un millier environ) situés dans l'inversion s'expriment moins, il en résulte des différences de comportement et de couleur.

Le plus fascinant dans cette histoire est que le maintien du chromosome 2m dans la population est favorisé par le comportement d'accouplement croisé. Ainsi, lorsqu'un(e) terne (2/2) s'accouple avec un(e) éclatant(e) (2/2m), les lois de Mendel prédisent que leurs descendants seront: 2/2 (terne), 2/2m (éclatant), 2/2m (éclatant) ou 2/2 (terne), puisqu'un descendant reçoit un chromosome de chaque parent. En d'autres termes, à la naissance, les probabilités d'obtenir les deux morphotypes sont identiques: 50 % d'éclatants et 50 % de ternes.

En simplifiant à l'extrême, selon les lois de Mendel, un accouplement de ternes (2/2 X 2/2) donnerait 100 % de ternes.
Un accouplement d'éclatants (2/2m X 2/2m), pourrait donner 2/2, 2/2m, 2/2m, 2m/2m, mais les oisillons 2m/2m ne survivent quasiment pas à la nichée (0,15 % seulement des bruants sont 2m/2m, sans que l'on en connaisse vraiment les raisons). Les probabilités d'obtenir un terne sont donc d'environ 33 % et celle d'avoir un éclatant d'eviron 67 %.
Maintenant, si on suppose que tous les accouplements sont possibles (terne x terne, éclatant x éclatant et terne x éclatant) et ont la même chance de se produire (pas de préférences d'un type pour l'autre), la probabilité d'obtenir des ternes est de 64 % et celle d'obtenir des éclatants de 36 %, à la première génération.

Sources:

Tuttle, E et al. (2016). Divergence and functional degradation of a sex chromosome-like supergene. Current Biology, 26 (3), 344–350.

Arnold, C. (2016). The sparrow with four sexes. Nature, 539 (7630), 482–484.

Encore un égaré ou un téméraire

Ce matin, la vigie nous a signalé un bruant à gorge blanche transi de froid sous le patio.    

Si la carotte m'était contée

La carotte cultivée (Daucus carota subsp. sativus) est à la carotte sauvage (Daucus carota subsp. carota) ce que le chien est au loup: le fruit, ou plutôt le légume, de longues années de sélection. Toutefois, contrairement au loup dont nous ne supportons pas la compétition et que nous avons tenté de faire disparaitre, la carotte sauvage, elle, a échappé à notre vindicte et nous a suivi discrètement dans tous nos déplacements, profitant de notre appétit pour sa congénère apprivoisée. Aujourd'hui, elle est présente sur tous les continents, à l'exception bien sûr de l'Antarctique. 

Souvent ignorée, la carotte sauvage est pourtant facile à reconnaître avec ses feuilles découpées et ses ombelles de petites fleurs blanches ponctuées au centre d'une unique fleur pourpre ou rose; ces mêmes ombelles se transformant une fois fanées en corbeilles brunâtres. Cet été, essayez d'en trouver une et quand vous penserez l'avoir trouvée, tirez sur la tige pour déterrer sa racine blanchâtre et sentez-la. Attention cependant à ne pas la confondre avec de la ciguë ou de la cicutaire, deux plantes de la même famille (les apiacées ex-ombellifères) qui lui ressemblent, mais ne vous laisseront aucune chance d'y regoûter.

La famille des apiacées compte environ 3820 espèces réparties dans 466 genres. Elle est présente sur tous les continents, mais est mieux représentée dans les régions tempérées de l'hémisphère nord. Le genre Daucus serait apparu dans les régions tempérées d'Eurasie; la plus grande diversité des espèces se trouvant dans le bassin méditerranéen. Quant à l'espèce Daucus carota, elle serait originaire de l'ouest de l'Asie. 

Comme pour le loup, la domestication de la carotte remonte à loin. Les premières traces archéologiques de son utilisation sont des graines de carotte sauvage trouvées sur des sites de campements vieux de 4500 ans (l'âge du bronze) en Suisse et dans le sud de l'Allemagne. À cette époque, la carotte n'était pas encore cultivée et on utilisait les graines comme épice ou comme médicament. Sa domestication s'est produite plus tard et ailleurs.

Contrairement à ce que l'on pourrait peut-être croire, le processus de sélection des carottes cultivées et d'autres légumes racines n'a pas pour but initial d'améliorer le goût, mais plutôt d'augmenter la productivité et la facilité de culture. Dans le cas de la carotte, cela signifie favoriser les plantes donnant une racine de grande taille sans ramifications latérales et encourager le comportement bisannuel. Le goût (teneur en sucre), la couleur, la forme et la résistance aux facteurs abiotiques sont venus après.

Favoriser le comportement bisannuel (un cycle de vie sur deux ans) de la carotte est important, car c'est au cours de la première année que la plante stocke dans sa racine les nutriments qui serviront à sa floraison l'année suivante. Une fois que la plante a fleuri, sa racine devient fibreuse et immangeable. Or, certaines carottes sauvages, sous les climats chauds, se comportent presque comme des annuelles. Leur floraison est tellement hâtive qu'elles ne développent pas de réserves importantes et ne sont donc pas intéressantes pour la consommation.   

Les premières preuves d'un maraichage de la carotte remontent au X^e siècle de notre ère, dans une région englobant l'Afghanistan, le Pakistan et l'Iran. À l'époque, la racine se déclinait en deux couleurs: pourpre et jaune. À partir du XI^e siècle, elle commence son extension vers l'ouest: Turquie, Syrie, Afrique du Nord et Espagne, probablement propagée par les Arables au cours de leur conquête de l'Ouest. La préférence des populations occidentales se porte alors sur la couleur jaune, bien que l'on trouve aussi de la pourpre. Au XIV^e siècle, elle atteint la France et l'Angleterre.

Mais la carotte est ambitieuse, elle veut dominer la planète et part à la conquête de l'est un peu plus tard, vers le XIII^e siècle, en commençant par l'Inde, la Chine pour finalement aboutir au Japon, au XVII^e. Autres lieux autres mœurs, dans ces régions, on préfère les pourpres et au XVIII^e, on crée même en Inde et en Chine des variétés franchement rouges. 

Mais revenons en Europe où à partir du XVI^e siècle, le nombres de variétés explose: des blanches, des jaunes, des pourpres, des rouges et les premières carottes orange qui vont rapidement devenir populaires et supplanter les autres. D'ailleurs, les "orange" seront les premières à franchir l'Atlantique et à s'installer en Amérique du Nord où elles s'installeront inévitablement avec leurs inséparables congénères sauvages.

Le développement de la phylogénétique a permis d'écarter l'hypothèse selon laquelle la carotte sauvage aurait été introduite en Amérique du Nord au cours des premières migrations humaines en provenance d'Asie, il y a 18000 à 20000 ans. Les analyses génomiques montrent qu'il y a trop de ressemblances entre la carotte sauvage eurasienne et l'américaine pour une séparation aussi lointaine dans le temps. 

La conquête de l'Amérique du Sud, quant à elle, se fera plus tard, au XVIII^e, avec la découverte d'or dans le sud du Brésil qui attirera des émigrants de Hollande, d'Espagne et d'Allemagne transportant dans leurs bagages de quoi se nourrir et notamment la précieuse carotte.

L'apparition des carottes orange et l'engouement qu'elles ont suscité est encore une source d'interrogation et de discussion chez les scientifiques qui ont échafaudé toute sorte d'hypothèses non résolues à ce jour : (1) elles dériveraient directement des carottes sauvages, (2) elles résulteraient de l'hybridation entre une carotte cultivée et une sous-espèce méditerranéenne de carotte sauvage (Daucus carota subsp. maximus), (3) elles seraient le fruit d'une sélection à partir de variétés jaunes et (4) elles seraient issues de l'hybridation entre une variété européenne de carotte cultivée et la carotte sauvage. 

Concernant leur succès, certains pensent que la couleur orange aurait été un indicateur facilitant le travail de sélection ou de conservation des variétés par les maraichers. En effet, introduisez un gène sauvage dans une carotte orange (n'oubliez pas que les sauvages sont partout au bord des champs) et ses descendants seront blancs, faciles à repérer et à écarter. Par contre, le même phénomène chez les jaunes et les pourpres peut facilement passer inaperçu, se traduisant par des nuances de couleur qu'un jardinier, même non daltonien, peut manquer: un jaune moins jaune, un rouge moins rouge, etc. La conséquence serait alors la perpétuation d'une variété non désirée. Attention, cela reste une hypothèse, mais comment résister à une hypothèse aussi séduisante ?   

Généralement, la sélection des plantes par l'agriculture se traduit par un effet d'étranglement ou de goulot génétique; la diversité des gènes des plantes sélectionnées diminuant drastiquement comparée aux sauvages. Sauf chez la carotte cultivée qui continue à faire preuve d'une grande diversié génétique après tant d'années de manipulation. L'être humain aurait-t-il renoncé devant la difficulté à éliminer la sauvagerie de la carotte ou a-t-il compris l'intérêt qu'il y avait à les conserver ?     

Sources:

Simon P. W. (2000). Domestication, Historical Development and Modern Breeding of Carrot. Plant Breeding Reviews. 19.

Simon P. et al. (2019). The Carrot Genome. Compendium of Plant Genomes. Springer Nature Switzerland.

Iorizzo M. et al. (2013). Genetic structure and domestication of carrot (Daucus carota subsp. sativus) (Apiaceae). American Journal of Botany, 100 (5), 930–938.