Comment de nouvelles espèces apparaissent et se diversifient dans la nature ? La sélection naturelle offre une explication, mais les conditions génétiques et environnementales derrière ce mécanisme sont encore mal comprises. Une équipe dirigée par Abderrahman Khila au CNRS vient de comprendre comment les araignées aquatiques (famille des Veliidae) du genre Rhagovelia développaient des structures en éventail au bout de leurs pattes.

Ces ouvrages leur permettent de remonter à contre-courant, un exploit au-delà des capacités des autres marcheurs aquatiques qui n'ont pas de fans. Les chercheurs ont identifié deux gènes, inconnu jusqu'ici, qui sont responsables de la formation des éventails de jambe de Rhagovelia. Leurs conclusions sont rapportées dans Science (20 octobre, 2017).

Les Rhagovelia appartiennent à un groupe d'insectes (Gerromorpha) remarquables pour leur capacité à marcher sur l'eau. Les poils hydrofuges couvrant leurs jambes rendent cela possible. Contrairement aux autres Gerromorpha, Les rhagovelia sont spécialisées dans la locomotion sur les cours d'eau à forts courants en utilisant des extensions en éventail sur une deuxième paire de pattes qui servent de palmes de nage. Comme seule Rhagovelia possède ces éventails, ils offrent un modèle idéal pour étudier comment de nouvelles structures, ou innovations morphologiques, forme au cours du processus évolutif.

Les scientifiques ont d'abord voulu savoir quelles informations génétiques programmaient le développement des éventails. Ils ont découvert deux gènes auparavant inconnus dans Rhagovelia qui doivent être exprimés pour que des fans complètement formés apparaissent. Lorsque ces gènes sont réduits au silence, Les rhagovélia forment des pattes normales, mais ils manquent de fans. Une enquête plus approfondie a révélé que l'un des deux gènes est en fait d'origine précoce, ayant été hérité d'un insecte ancestral. L'autre gène est nouveau, cependant, trouvé seulement dans Rhagovelia.

La similitude frappante entre les deux gènes suggère qu'une mutation génétique pourrait avoir donné naissance au gène spécifique de Rhagovelia par duplication de l'ancestral. Les chercheurs ont également noté que les gènes ne sont exprimés que dans les cellules situées à l'extrémité des jambes médianes. Cela signifie que l'évolution des fans a impliqué au moins deux événements génétiques majeurs :une duplication d'un gène pour produire deux copies chez Rhagovelia, et l'expression de ces gènes dans les cellules qui donnent naissance aux ventilateurs. Comme ces extensions plumeuses rappellent les fans de geisha japonaise, le nouveau gène a été surnommé geisha; le gène ancestral est appelé mère de geisha.

L'équipe de Khila a ensuite dû déterminer le but de ces ventilateurs et leur importance pour ces arpenteurs aquatiques particuliers. Étonnamment, Les Rhagovelia se déplacent rapidement au-dessus de l'eau calme avec ou sans ventilateurs. Sur les plans d'eau en mouvement, cependant, Rhagovélie normale (c'est-à-dire, avec ventilateurs) remonter rapidement et sans effort en amont, tandis que les Rhagovelia sans ventilateur ne font pas le poids face au courant. Cependant, Rhagovelia avec des ventilateurs rudimentaires fait un travail à moitié décent - mieux que Rhagovelia sans ventilateur, mais pire que les individus avec des fans pleinement développés.

Ces résultats révèlent que certaines modifications génétiques peuvent conduire à l'émergence de nouvelles structures qui affectent directement les modes de vie des organismes et leur donnent accès à des niches écologiques autrefois hors de leur portée.