Les chercheurs ont découvert qu'il y avait eu des changements évolutifs importants dans le gène qui code pour le cryptochrome protéique 4 et que certains groupes d'oiseaux l'avaient complètement perdu.

Ces résultats indiquent une adaptation à des conditions environnementales variables et soutiennent la théorie selon laquelle le cryptochrome 4 fonctionne comme une protéine capteur.

L'étude a été motivée par des recherches menées dans les universités d'Oldenburg et d'Oxford (Royaume-Uni), qui ont montré que la magnétoréception est basée sur un processus mécanique quantique complexe qui se déroule dans certaines cellules de la rétine des oiseaux migrateurs.

Dans un article publié dans la revue Nature en 2021, l'équipe germano-britannique a présenté des résultats selon lesquels il était très probable que le cryptochrome 4 soit le magnétorécepteur recherché :d'une part, ils ont pu prouver que la protéine est présente dans la rétine des oiseaux, et d'autre part, les deux expériences avec des protéines produites par des bactéries et les calculs sur modèles ont montré que le cryptochrome 4 présente l'effet quantique suspecté en réponse aux champs magnétiques.

Fait intéressant, la recherche a également démontré que ces protéines sont significativement plus sensibles aux champs magnétiques chez les merles, qui sont des oiseaux migrateurs, que chez les poulets et les pigeons, qui sont des espèces résidentes.

"Par conséquent, la raison pour laquelle le cryptochrome 4 est plus sensible chez les merles que chez les poulets et les pigeons doit être trouvée dans la séquence d'ADN de la protéine", explique Langebrake, auteur principal de l'étude. "La séquence a probablement été optimisée par des processus évolutifs chez ces oiseaux migrateurs nocturnes."

Dans la présente étude, l’équipe dirigée par Langebrake et Liedvogel a donc étudié pour la première fois la magnétoréception dans une perspective évolutive. Les chercheurs ont analysé les gènes du cryptochrome 4 de 363 espèces d'oiseaux allant du kiwi petit tacheté au moineau chanteur.

Premièrement, ils ont comparé le taux d’évolution de la protéine avec celui de deux cryptochromes apparentés et ont constaté que les séquences génétiques des cryptochromes utilisés à des fins de comparaison étaient très similaires chez toutes les espèces d’oiseaux :elles semblent avoir très peu changé au cours de l’évolution. Cela est probablement dû à leur rôle clé dans la régulation de l'horloge interne, un mécanisme essentiel pour tous les oiseaux et dans lequel des modifications auraient des effets extrêmement négatifs.

Le cryptochrome 4, en revanche, s’est révélé très variable. "Cela suggère que la protéine est importante pour l'adaptation à des conditions environnementales spécifiques", explique Liedvogel, professeur d'ornithologie à l'université d'Oldenbourg et directeur de l'Institut de recherche aviaire. La spécialisation qui en résulte pourrait être la magnétoréception. "Une tendance similaire a été observée dans d'autres protéines sensorielles telles que les pigments sensibles à la lumière dans l'œil", explique-t-elle.

Les chercheurs ont ensuite examiné de plus près comment la séquence génétique du chryptochrome 4 a évolué au cours de l’histoire évolutive des oiseaux. Les résultats ont amené les scientifiques à conclure que, notamment dans le cas de l'ordre des passereaux (Passeriformes), la protéine a été optimisée grâce à une sélection rapide. "Nos résultats indiquent que les processus évolutifs auraient pu conduire à la spécialisation du cryptochrome 4 en tant que magnétorécepteur chez les oiseaux chanteurs", explique Langebrake.

Une autre découverte intéressante est que chez trois clades d’oiseaux tropicaux – les perroquets, les colibris et les Tyranni (Suboscines), également connus sous le nom de tyrans – l’information sur le cryptochrome 4 a été perdue au cours du processus évolutif, ce qui signifie que ces oiseaux sont incapables de produire la protéine. . Cela indique qu’il ne joue pas un rôle vital dans leur survie. Cependant, si les perroquets et les colibris sont sédentaires, certains tyrans sont des migrants sur de longues distances qui, comme les petits oiseaux chanteurs européens, volent de jour comme de nuit.

"Le fait que, contrairement aux merles, ils ne possèdent pas le cryptochrome 4 en fait un système idéal pour étudier diverses hypothèses sur la magnétoréception", explique Langebrake.

Une question intéressante ici est la suivante :les Tyranni ont-ils développé un sens magnétique qui fonctionne indépendamment du cryptochrome 4 ? Ou sont-ils capables de s'orienter sans sens magnétique ?

Une autre possibilité est que leur sens magnétique ait les mêmes caractéristiques que celui des merles, qui dépend de la lumière et peut être perturbé par les ondes radio, par exemple. "Les deux premiers scénarios corroboreraient fortement l'hypothèse du cryptochrome 4, tandis que le troisième poserait problème à la théorie", souligne le biologiste.

Dans une prochaine étape, l'équipe de recherche envisage donc d'étudier l'orientation magnétique des Tyranni et de déterminer s'ils ont ou non un sens magnétique. "Le clade Tyranni nous fournit un outil naturel pour comprendre la fonction du cryptochrome 4 et l'importance de la magnétoréception chez les oiseaux migrateurs", explique Liedvogel, décrivant un point de départ pour des recherches ultérieures.

La recherche est publiée dans la revue Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences .