Le 11 mars 2011, un séisme de magnitude 9,0 à 9,1 a provoqué un tsunami dans la région du Tōhoku au Japon. De ce fait, dans la localité d’Ōtsuchi, l’inondation et l’affaissement des terres ont formé de nouveaux étangs alimentés par des sources. En 2012, des chercheurs en ont découvert épinoches hybrides: poisson avec du matériel génétique des deux Gasterosteus aculeatusqui vit en eau douce dans cette zone, est de Gasterosteus nipponicusune espèce marine qui peut migrer entre la mer et les eaux intérieures.
Pratiquement, le tsunami a créé un environnement où deux espèces de poissons différentes se sont rencontrées, en créant une nouvelle, comme le rapporte l’étude publiée le Écologie et évolution de la nature. Suivre la population de ces épinoches pendant neuf ansles chercheurs ont observé que les variantes génétiques des espèces marines diminuaient dans une grande partie du génome, c’est-à-dire le patrimoine génétique. La survie dans les étangs et la tendance à se déplacer vers la mer peuvent contribuer à expliquer le phénomène, mais les simulations suggèrent également des incompatibilités génétiques encore à identifier.
Neuf ans d’échantillons pour suivre les intersections après le tsunami au Japon
De 2012 à 2020, un groupe de chercheurs a collecté 2 698 épinoches dans les étangs créés après le tsunami. En analysant leur ADN, les chercheurs ont estimé la contribution génétique des deux espèces. Ils ont ensuite identifié 667 points de diagnostic, c’est-à-dire des segments d’ADN dans lesquels les espèces examinées présentaient différentes formes génétiques, appelées allèles.
En 2012, 38 % des individus échantillonnés étaient des hybrides. Parmi eux figuraient également des descendants d’autres croisements, notamment ceux entre un hybride et Gasterosteus aculeatus, qui descend probablement des premiers hybrides formés en 2011. En 2020, cependant, la population était génétiquement presque entièrement Gasterosteus aculeatus. A la dixième génération, dans 629 des 667 points diagnostiques, la fréquence des allèles de Gasterosteus nipponicus il est désormais égal à zéro chez les poissons analysés. Certaines régions conservent cependant encore des variantes des espèces marines de Gasterosteus nipponicus.
Selon les auteurs, les vagues ont amené les poissons marins de l’océan, tandis que le retrait de l’eau a amené les poissons d’eau douce des cours d’amont.. Il s’agit d’une reconstruction et non d’un mouvement directement observé. Les deux espèces se sont séparées il y a environ 680 000 ans et possèdent de fortes barrières reproductives, sans toutefois être totalement isolées. Dans les échantillons prélevés avant le tsunami, aucun hybride n’a été identifié à Ōtsuchi, bien que des échanges génétiques limités dans le passé ne puissent être exclus. L’hybridation est donc attribuée, avec prudence, aux changements provoqués par le tsunami.
Le hasard n’explique pas à lui seul la baisse
Une variante peut cependant devenir plus rare par pur hasard, car tous les poissons n’ont pas le même nombre de descendants. Ce phénomène est appelé dérive génétiqueet pour comprendre si cela suffisait à expliquer la disparition des variantes marines chez les épinoches hybrides, les chercheurs ont estimé le nombre de poissons, 22 485 individus, puis simulé sur ordinateur comment les variantes auraient changé en dix générations si aucune n’avait été favorisée ou défavorisée. Pour chacun des 667 points de diagnostic, l’équipe a simulé 10 000 fois le passage de la deuxième à la dixième génération. Divers scénarios ont été émis, avec des populations de tailles différentes, et la diminution observée des allèles marins a été dans la grande majorité des cas plus rapide que prévu. La dérive génétique n’explique donc pas à elle seule le tableau global de la variation allélique.
Dans les étangs d’eau douce, ce sont principalement les poissons résidents qui ont survécu
Une première hypothèse pourrait concerner le taux de survie des deux espèces dans le nouvel habitat. Pour mesurer une éventuelle différence, le groupe de scientifiques a placé des poissons des deux espèces dans une structure délimitée à l’intérieur d’un étang créé après le tsunami. Dans un essai portant sur 60 individus par espèce, 53 ont finalement été récupérés vivants. Gasterosteus aculeatus et seulement 2 de Gasterosteus nipponicus. Dans un autre test, réalisé avec 120 rétrocroisementsc’est-à-dire un poisson obtenu en croisant un hybride de première génération avec une épinoche d’eau douce, il y avait 33 survivants après environ six mois.
En comparant l’ADN des rétrocroisements placés dans la mare avec celui des survivants, les chercheurs ont identifié certaines régions du génome dans lesquelles les allèles de Gasterosteus nipponicus étaient associés à une survie plus courte. Ailleurs, cependant, les allèles marins sont devenus plus fréquents chez les survivants, ce qui suggère qu’ils pourraient leur donner un avantage.
La tendance à migrer peut faire fuir certaines espèces
Une deuxième hypothèse concerne plutôt le fait que les espèces marines peuvent se déplacer vers la mer, alors que Gasterosteus aculeatus, dans cette zone, il reste en eau douce. Les étangs sont reliés, par de petits passages souterrains, à une étendue d’eau saumâtre : une porte de sortie vers la mer. Les auteurs de l’étude n’ont pas observé de poissons adultes se déplaçant de la mer vers les étangs, donc la seule sortie pourrait avoir réduit les allèles marins dans la population locale. Pour étudier ce comportement, ils ont installé un système de huit chambres communicantes dans un cours d’eau, avec un piège en aval. Après environ deux mois, parmi 100 poissons de chaque espèce, le piège avait capturé une plus grande proportion de poissons. Gasterosteus nipponicus. Dans un autre essai portant sur 200 rétrocroisements, la tendance à atteindre le piège était intermédiaire entre celle des deux espèces.
En comparant les variantes issues de rétrocroisements qui s’étaient déplacées vers l’aval avec celles qui restaient, les chercheurs ont identifié deux régions du génome associées à cette migration. L’une de ces régions correspond en partie à l’une de celles liées à la survie en eau douce.
Certaines barrières agissent tôt, d’autres causes restent à vérifier : les résultats de l’étude
En comparant les variantes génétiques année après année, les chercheurs ont remarqué que ceux des régions associées à des barrières entre les deux espèces ont diminué plus rapidement que les variantes des autres régions. Les barrières comprennent les différences de survie, le choix de l’habitat et, selon une étude antérieure, la difficulté des hybrides mâles à se reproduire et l’isolement sexuel, c’est-à-dire l’obstacle à l’accouplement entre espèces. De nombreuses variantes marines dans les régions liées à ces récifs avaient déjà disparu dans les échantillons des premières générationsce n’est que plus tard que la diminution s’est étendue à la plupart des autres points examinés.
Les simulations montrent que ni la dérive seule, ni quelques régions ayant un fort effet ne reproduisent ensemble le croisement initial et la perte ultérieure d’allèles marins. Cependant, lorsque la simulation a utilisé un modèle présentant de nombreuses incompatibilités réparties dans le génome, c’est-à-dire des combinaisons de variantes des deux espèces qui pénalisent les hybrides dans les générations suivantes, elle a produit une tendance compatible avec les données. Cependant, cela ne prouve pas que ces incompatibilités spécifiques soient présentes chez le poisson Ōtsuchi.
Le groupe l’a trouvé traces de traversées récentes également dans deux autres habitats touchés par le tsunami, à Kuji et Iwaizumi. Là aussi, certaines régions génétiques des espèces marines étaient moins représentées, mais comparé à Ōtsuchi, il restait une plus grande partie de son patrimoine génétique. Les auteurs aimeraient analyser l’ensemble du génome pour vérifier les modèles observés et comprendre quels mécanismes ont provoqué une diminution si rapide des variants marins, mais le résultat mesuré est déjà clair : la rencontre entre deux espèces après un changement environnemental majeur n’a pas conduit, dans ces habitats, à la fusion stable de leurs populations.