Ces trois espèces de crapauds crapauds se métamorphosent différemment. Les deux premières espèces de gauche sont capables de réguler le moment de leur métamorphose en modulant la production d'hormones. Les espèces de droite ont une période fixe pour leur métamorphose. Tout cela grâce aux étangs dans lesquels ils vivent. Crédit :Robert Denver
Différentes espèces de crapauds crapauds abordent la métamorphose différemment, et c'est grâce à l'étang dans lequel ils ont grandi, selon une équipe de chercheurs qui comprend un scientifique de l'Université du Michigan.
Les chercheurs ont découvert que certaines espèces peuvent réguler le moment de leur métamorphose en régulant la production d'hormones, tandis que le calendrier des autres espèces est fixe.
Leur étude, Publié dans Communication Nature , est l'un des premiers à fournir un mécanisme - dans ce cas, les différences dans la manière dont la métamorphose est contrôlée par les hormones chez différentes espèces de crapauds, qui sous-tendent une théorie appelée hébergement génétique. La théorie a été introduite il y a plus de 15 ans par Mary Jane West-Eberhard, une biologiste évolutionniste qui a obtenu tous ses diplômes à l'UM, dit l'auteur de l'étude Robert Denver, un neuroendocrinologue du développement U-M.
Dans cette théorie, quand des organismes de toute sorte - des microbes, les plantes ou les animaux - expérimentent des changements dans leur environnement, heures supplémentaires, cet organisme peut changer de phénotype, ou ses caractéristiques physiques, qui se développent en réaction à son environnement. West-Eberhard a suggéré que les différences entre les espèces et les nouveaux phénotypes peuvent évoluer à travers le changement de leur phénotype ancestral. Ces changements se fixent ensuite par le processus d'accommodation génétique.
L'espèce de crapaud crapaud Pelobates cultripes peut induire une métamorphose lorsqu'elle sent que son étang s'assèche afin de s'échapper en tant que crapaud juvénile. Crédit :Université du Michigan
"Pour que ça marche, les ancêtres doivent avoir eu la capacité d'exprimer une gamme de phénotypes en réponse à différents environnements, un processus connu sous le nom de plasticité phénotypique ou plasticité développementale." a déclaré Denver, professeur et président du département U-M de moléculaire, Biologie cellulaire et du développement.
Par exemple, l'apparence des humains peut varier en fonction de leur régime alimentaire, stress, ou un certain nombre d'autres facteurs.
"Nous avons tous un génotype, ou des gènes, ce code pour les protéines qui déterminent en fin de compte à quoi nous ressemblons et quelle est la capacité de notre croissance. Mais à l'intérieur, il existe une gamme de tailles corporelles qui peuvent être atteintes en fonction de l'environnement, " dit Denver, qui est également professeur d'écologie et de biologie évolutive. « Alors que les valeurs environnementales évoluent vers les extrêmes, la sélection naturelle peut favoriser les phénotypes qui sont mieux à même de gagner leur vie dans le nouvel environnement."
Dans les crapauds étudiés par Denver, la clé était de savoir si les étangs d'eau dans lesquels les têtards avaient éclos étaient permanents ou de courte durée.
L'espèce de crapaud Spea multiplicata peut provoquer une métamorphose lorsqu'elle sent que son étang s'assèche afin de s'échapper en tant que crapaud juvénile. Crédit :Université du Michigan
Les chercheurs ont découvert que les espèces de crapauds qui vivent dans des étangs semi-permanents peuvent déclencher leur propre métamorphose lorsqu'elles sentent que leur étang s'assèche. L'activation de leurs glandes thyroïdes stimule la métamorphose, tout comme chez les humains, mais les crapauds activent également leurs glandes surrénales. Cela produit une hormone de stress qui accélère la métamorphose, permettant au têtard de s'échapper de l'étang de séchage et de se déplacer vers la terre en tant qu'adulte juvénile.
D'autres espèces de crapauds se reproduisent dans des mares éphémères, par exemple, des mares d'eau dans le désert de l'Arizona qui n'existent que depuis quelques jours. Ces espèces ont une période de développement très courte qui ne peut pas être altérée par l'environnement dans lequel elles vivent.
La période larvaire plus courte des crapauds crapauds qui se reproduisent dans les mares éphémères affecte également leur taille à l'âge adulte. Les crapauds qui se reproduisent dans les étangs semi-permanents ont à peu près la taille d'un demi-dollar lorsqu'ils se métamorphosent, tandis que l'autre espèce est de la taille d'un centime, dit Denver.
Denver dit que l'ancêtre commun des crapauds à crapauds était très probablement capable de moduler le moment de sa métamorphose, mais quand certains crapauds ont commencé à vivre dans des conditions extrêmement difficiles, milieux arides, ils ont déplacé leur période de développement vers une période très courte, fixe un.
L'espèce de crapaud Scaphiopus couchii vit dans des étangs éphémères et ne peut pas réguler le moment de sa métamorphose. Ils peuvent passer de l'éclosion à la métamorphose pour se reproduire en 10 jours environ. Crédit :Université du Michigan
"Leurs ancêtres avaient probablement la capacité de se métamorphoser dans le temps, par exemple de deux semaines à trois mois ou plus, " a dit Denver. " Mais avec le temps, soit leur habitat est devenu beaucoup plus sec, ou ils ont emménagé dans ces environnements secs, et les individus qui ont survécu là-bas étaient ceux qui ont eu cette très courte période de développement."
Dans les environnements plus secs, la sélection naturelle a favorisé les crapauds individuels avec un développement très rapide mais n'avait pas la capacité de faire varier leur taux de développement en réponse à leur environnement. Au lieu, leurs systèmes endocriniens sont actifs beaucoup plus tôt dans le développement, et leurs tissus sont devenus beaucoup plus sensibles au signal hormonal.
"Notre étude est l'un des rares exemples d'un mécanisme physiologique/développemental sous-jacent à l'accommodation génétique, ", a déclaré Denver.
Denver a mené la recherche avec les co-auteurs Saurabh Kulkarni et Daniel Buchholz dans le département des sciences biologiques de l'Université de Cincinnati, et Ivan Gomez-Mestre à la Station biologique de Doñana en Espagne.
