Tout savoir sur l’origine et l’évolution des éléphants

Tout savoir sur l’origine et l’évolution des éléphants

Les tenants et les aboutissants de l'évolution des éléphants
Les éléphants parcouraient autrefois la terre, et la recherche en génomique a maintenant révélé l'histoire fascinante de l'évolution des éléphants vivants et éteints depuis longtemps.

Tout savoir sur l’origine et l’évolution des éléphants

Les éléphants d'aujourd'hui ne se trouvent plus que dans des poches de savane africaine, dans les forêts tropicales d'Afrique de l'Ouest et du Centre, ou dispersés en Asie du Sud-Est.

Mais les éléphants parcouraient autrefois la terre, des puissants mammouths d'Amérique du Nord aux éléphants aux défenses droites d'Europe.

Aujourd'hui, la génomique a révélé comment les ancêtres de ces populations vivantes et éteintes se sont entrelacés et se sont croisés, tandis que certains sont restés isolés au plus profond de la jungle.
De grands troupeaux de mastodontes parcouraient autrefois les forêts d'Amérique du Nord et d'Amérique centrale, croisant les mammouths colombiens du sud et les mammouths laineux du nord.

Les éléphants à défenses droites parcouraient autrefois les mêmes terres que les éléphants d'Asie qui habitent maintenant l'Asie du Sud-Est, de l'Europe jusqu'en Inde.

Les éléphants de forêt se sont cachés dans les jungles d'Afrique de l'Ouest pendant des centaines de milliers d'années tandis que leurs homologues plus grands chevauchaient la savane ensoleillée.

Mais comment toutes ces espèces sont-elles liées les unes aux autres et quels types d'événements ont conduit à l'évolution des éléphants dans le monde ? Le séquençage du génome d'éléphants disparus depuis longtemps et de ceux qui marchent encore sur la terre, ainsi que l'utilisation de puissantes techniques informatiques, racontent une histoire de spéciation, de migration et d'hybridation répétée.

ADN ancien : une tâche colossale.
Il n'y a pas si longtemps, il appartenait aux spécialistes des fossiles de retracer l'histoire évolutive des animaux, ce que l'étude de la phylogénétique

(la relation entre des fragments d'ADN) nous aide à reconstituer.

Cependant, c'est une chose de comparer l'histoire évolutive des animaux vivants. Essayer de reconstituer toute l'histoire à partir de fossiles est une tout autre chose, surtout lorsqu'ils ne sont généralement pas aussi chargés d'informations génétiques abondantes que leurs parents vivants.

L'ADN n'est pas une molécule particulièrement stable lorsqu'il est soumis aux effets du temps, c'est pourquoi les échantillons anciens ont tendance à être moins que complets, et même cet ADN est de "faible qualité". Cependant, obtenir de l'ADN à partir d'échantillons anciens, y compris des dents et des os, est quelque chose dans lequel certains scientifiques se spécialisent.

Il existe également certains types d'ADN avec lesquels il est historiquement plus facile de travailler, comme l'ADN mitochondrial, qui existe en plusieurs copies dans chaque cellule, et même dans chaque mitochondrie

(les usines cellulaires qui régissent la respiration).

Il y a peut-être jusqu'à 10 000 copies du génome mitochondrial dans chaque cellule humaine, par exemple.

Ces copies d'ADN sont relativement petites, comparées à un chromosome, et en raison de leur abondance, il devient beaucoup plus simple de reconstruire un génome mitochondrial entier - même à partir de matériel ancien.

Une autre facette utile de l'ADN mitochondrial est qu'il a un taux de mutation relativement élevé par rapport à d'autres morceaux d'ADN, il est donc très utile lorsque vous essayez de séparer la relation entre différentes espèces en fonction de leur similitude génétique.

En utilisant l'ADN mitochondrial, une équipe en 2005 a pu reconstituer la découverte fascinante selon laquelle, sur la base de la similarité des séquences et des taux de mutation de l'ADN, les mammouths laineux et les éléphants indiens sont en réalité beaucoup plus similaires les uns aux autres que les éléphants d'Afrique ne le sont aux éléphants indiens.

Tout savoir sur l’origine et l’évolution des éléphants

Les différences sont, clairement, plus profondes que les oreilles aux formes intéressantes.

Bien qu'il soit difficile de savoir exactement à quoi pourrait ressembler une séquence de gènes d'un organisme ancien

(même savoir à quoi ressemble la séquence du génome d'un organisme vivant n'est pas une science exacte), au moins avec une référence vivante décente, nous pouvons tenter de reconstituer les trous.

De plus, avec les méthodes informatiques modernes, trouver la meilleure façon de combler ces lacunes devient une tâche beaucoup plus simple - et l'ADN ancien a été utilisé pour reconstituer d'anciens génomes allant des Néandertaliens aux tigres à dents de sabre, ainsi que des mammouths et des mastodontes.

Tout savoir sur l’origine et l’évolution des éléphants

Extraction d'ADN ancien.
L'ADN ancien n'est pas aussi facile à trouver que celui d'un éléphant

(pour l'instant).

Les chercheurs sont obligés de s'appuyer sur des fragments d'os, de dents ou de carcasses conservées piégés depuis longtemps dans le pergélisol.

Pour cette étude, les chercheurs ont extrait l'ADN de mammouth des os, des molaires, des défenses et des tissus adipeux.

L'ADN de mastodonte a été extrait de différentes dents, tandis que l'ADN d'éléphant à défenses droites a été prélevé d'un os pétreux dans le crâne.

Les chercheurs soulignent que l'ADN d'échantillons prélevés à des latitudes plus septentrionales, où des spécimens se trouvent dans le pergélisol, a un ADN bien mieux conservé et donc beaucoup plus disponible pour le séquençage.

Cependant, même l'éléphant à défenses droites âgé de 120 000 ans a montré une conservation relativement bonne de l'ADN profondément dans l'os pétreux, qui semble mieux conserver l'ADN que d'autres parties telles que les dents.

Vers le nucléaire.
Aussi utile que l'ADN mitochondrial ait été pour distinguer l'histoire évolutive des éléphants (et même des humains), il ne dit pas tout à fait tout, d'autant plus que les mitochondries ne sont héritées que par la lignée maternelle.

Les mitochondries du spermatozoïde du père ont tendance à être expulsées d'un embryon en développement dès le début, donc en ne regardant que l'ADN mitochondrial, nous ne voyons pas les effets de la recombinaison - et ce qui se passe entre le sperme et l'ovule en dit beaucoup plus sur l'histoire quand il s'agit de l'évolution.

modernes de séquençage de nouvelle génération (NGS) et un calcul haute performance, l'équipe a réussi à fournir des séquences génomiques de haute qualité pour deux autres éléphants de savane africaine, deux éléphants de forêt et deux éléphants d'Asie.

De plus, ils ont réussi à fournir une séquence génomique de haute qualité pour un éléphant à défenses droites vieux de 120 000 ans - une espèce éteinte depuis longtemps.

Pour ajouter encore plus de variété, l'équipe a également réussi à reconstituer les génomes de quatre mammouths laineux, un mammouth colombien et deux mastodontes américains, dans une moindre mesure.

Fait important, jusqu'à présent, seul un génome mitochondrial était disponible pour le mastodonte américain.

Cette recherche a reconstitué le génome nucléaire du mastodonte pour la première fois.

Armée de ces informations, l'équipe de recherche pourrait se pencher sur l'introgression - le flux de gènes entre les espèces à la suite d'événements d'hybridation - pour vraiment commencer à distinguer les relations évolutives entre ces animaux emblématiques.

En 2005, une équipe comprenant l'ancienne directrice des sciences de l'EI, le professeur Federica Di Palma, a publié une séquence complète de référence du génome de l'éléphant de la savane africaine en utilisant le séquençage classique de Sanger.

Maintenant, une étude publiée dans PNAS, dont Eleftheria Palkopoulou de la Harvard Medical School était l'auteur principal, a énormément enrichi le répertoire.

En utilisant des outils

Nous avons été étonnés par la découverte de multiples événements de croisement entre différentes espèces d'éléphants, impliquant les ancêtres des membres vivants et disparus de la famille.

Dr Eleftheria Palkopoulou, École de médecine de Harvard.

L'histoire est fascinante et montre comment l'évolution n'est pas seulement une question de spéciation et de mutation, mais que le flux de gènes entre les espèces se poursuit longtemps après que des populations distinctes ont divergé.

Selon les mots de l'auteur principal, le Dr Eleftheria Palkopoulou, "Nous avons été étonnés par la découverte de multiples événements de croisement entre différentes espèces d'éléphants, impliquant des ancêtres des membres vivants et disparus de la famille."

L'étude récente a vraiment transformé la façon dont nous regardons l'évolution des éléphants, qui était auparavant modélisée via de simples "arbres généalogiques" dans lesquels différentes espèces se ramifiaient à partir d'un ancêtre commun.

Cependant, la réalité est que de nombreux ancêtres de ces espèces se sont accouplés, ce qui a conduit à un héritage génétique disparate dans lequel l'hybridation interspécifique a joué un rôle énorme.

À titre d'exemple, la plupart des éléphants à défenses droites éteints partagent une ascendance avec les éléphants d'Afrique, mais une partie importante de son ascendance restante est principalement liée à l'éléphant de forêt d'Afrique et même aux mammouths - un groupe très éloigné des éléphants d'Afrique sur le plan phylogénétique. arbre et plus étroitement lié aux éléphants d'Asie.

Essentiellement, bien que certaines populations se soient « bifurquées » sur l'arbre de la vie, d'autres populations ancestrales ont connu des événements de croisement (connus sous le nom de « mélange »), qui ont donné naissance à des espèces telles que l'éléphant à défenses droites.

Bien que l'équipe ne puisse pas dire avec précision à quel moment le mélange s'est produit, elle peut peindre un scénario possible de la façon dont ces événements auraient pu se produire.

Les preuves fossiles s'ajoutent également au récit exotique de l'évolution de l'éléphant, qui indique des similitudes morphologiques entre les éléphants à défenses droites et les éléphants d'Asie.

Il est possible que, dans les annales du temps, une population qui s'est séparée des mammouths plus près du moment où les mammouths et les éléphants d'Asie se sont séparés a ajouté à un ancien événement d'hybridation.

Eleftheria ajoute: "Nos découvertes démontrent le potentiel de mélange entre des espèces qui ont divergé il y a des millions d'années et suggèrent que le flux de gènes a joué un rôle important dans la formation de l'évolution et du rayonnement de nombreuses espèces différentes."

Dans le cas des mammouths, il semble que le flux génétique soit passé principalement d'une espèce à l'autre, en l'occurrence des mammouths colombiens du sud, qui avaient tendance à s'en tenir à des climats plus tempérés, aux mammouths laineux américains du nord. Cela se reflète dans les échantillons d'ADN de mammouth, avec plus de mammouths laineux du sud ayant une proportion plus élevée d'ascendance colombienne.

Le flux génétique se produit de telle manière dans une variété d'espèces, comme c'est le cas notoirement connu des anciennes populations d'humains et de Néandertaliens (et même de Denisoviens), qui ont interagi et se sont accouplés il y a 60 à 100 000 ans.

Tous les éléphants ne sont pas extravertis.
Bien qu'il s'agisse d'une histoire de flux de gènes, il est intéressant de noter que ce flux peut être bouché, même en dépit d'une longue histoire d'hybridation répétée - en particulier dans le cas des éléphants d'Afrique.

S'ajoutant aux données de recherche génomique antérieures, ces travaux récents ont montré que les éléphants de forêt et les éléphants de savane présentent 500 000 ans d'isolement génétique, une espèce préférant clairement rester à l'ombre de la jungle tropicale d'Afrique occidentale et centrale tandis que les d'autres parcourent les plaines ensoleillées.

Bien que des événements d'hybridation répétés se produisent dans les régions où les deux populations d'éléphants se croisent

(peut-être le résultat de la façon dont leurs aires de répartition respectives ont été réduites par des frontières imposées par l'homme), cela ne se reflète pas dans les génomes représentatifs des éléphants d'Afrique, mettant en évidence leur statut d'espèce distincte.

Federica di Palma, a expliqué à quel point ce travail est important lorsqu'il s'agit de considérer les processus évolutifs dans leur ensemble : diversification évolutive plutôt que destructrice selon la théorie d'Ernst Mayr.

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