Épinoche à trois épines - Three-spined stickleback

Épinoche à trois épines
Gasterosteus aculeatus.jpg
Classement scientifique Éditer
Royaume: Animalia
Phylum: Accords
Classer: Actinoptérygiens
Commander: Gastérostéiformes
Famille: Gasterosteidae
Genre: Gasterosteus
Espèce:
G. aculeatus
Nom binomial
Gasterosteus aculeatus
Synonymes
  • Gasteracanthus cataphractus Pallas, 1814
  • Gasterosteus aculeatus algeriensis Sauvage, 1874
  • Gasterosteus aculeatus messinicus Stephanidis, 1971
  • Gasterosteus aculeatus microcephalus (non Girard, 1854)
  • Gasterosteus algeriensis Sauvage, 1874
  • Gasterosteus argentatissimus Blanchard, 1866
  • Gasterosteus argyropomus Cuvier, 1829
  • Haricot Gasterosteus atkinsi , 1879
  • Haricot Gasterosteus atkinsii , 1879
  • Gasterosteus bailloni Blanchard, 1866
  • Gasterosteus biaculeatus Mitchill, 1815
  • Gasterosteus biarmatus Krynicki, 1840
  • Gasterosteus bispinosus Walbaum, 1792
  • Gasterosteus brachycentrus Cuvier, 1829
  • Gasterosteus cataphractus (Pallas, 1814)
  • Gasterosteus cuvieri Girard, 1850
  • Gasterosteus Dekayi Ayres, 1855
  • Gasterosteus dimidiatus Reinhardt, 1837
  • Gasterosteus elegans Blanchard, 1866
  • Gasterosteus gymnurus (non Cuvier, 1829)
  • Gasterosteus hologymnus Regan, 1909
  • Gasterosteus inopinatus Girard, 1854
  • Gasterosteus insculptus Richardson, 1855
  • Gasterosteus intermedius Girard, 1856
  • Gasterosteus islandicus (non-Sauvage, 1874)
  • Gasterosteus leiurus Cuvier, 1829
  • Gasterosteus loricatus Reinhardt, 1837
  • Gasterosteus microcephalus (non Girard, 1854)
  • Gasterosteus nemausensis Crespon, 1844
  • Gasterosteus neoboracensis DeKay, 1842
  • Gasterosteus neustrianus Blanchard, 1866
  • Gasterosteus niger Cuvier, 1829
  • Gasterosteus noveboracensis Cuvier, 1829
  • Gasterosteus obolarius Cuvier, 1829
  • Gasterosteus plebeius Girard, 1854
  • Gasterosteus ponticus Nordmann, 1840
  • Gasterosteus pugetti Girard, 1856
  • Gasterosteus quadrispinosa Crespon, 1844
  • Gasterosteus quadrispinosus Crespon, 1844
  • Gasterosteus semiarmatus Cuvier, 1829
  • Gasterosteus semiloricatus Cuvier, 1829
  • Gasterosteus serratus Ayres, 1855
  • Gasterosteus spinulosus Yarrell, 1835
  • Gasterosteus suppositus Sauvage, 1874
  • Gasterosteus teraculeatus Lacepède, 1801
  • Gasterosteus tetracanthus Cuvier, 1829
  • Gasterosteus texanus Sauvage, 1874
  • Gasterosteus trachurus Cuvier, 1829
  • Gastrosteus hologymnus Regan, 1909

L' épinoche à trois épines ( Gasterosteus aculeatus ) est un poisson originaire de la plupart des eaux intérieures et côtières au nord de 30°N. Il a longtemps fait l'objet d'études scientifiques pour de nombreuses raisons. Il présente une grande variation morphologique dans toute son aire de répartition, idéale pour les questions d' évolution et de génétique des populations . De nombreuses populations sont anadromes (elles vivent en eau de mer mais se reproduisent en eau douce ou saumâtre) et très tolérantes aux variations de salinité, sujet d'intérêt pour les physiologistes. Il présente un comportement de reproduction élaboré (défendre un territoire, construire un nid, s'occuper des œufs et des alevins) et il peut être social (vivre en bancs en dehors de la saison de reproduction ), ce qui en fait un sujet d'enquête populaire en éthologie et écologie comportementale des poissons . Ses adaptations anti-prédateurs, ses interactions hôte-parasite, sa physiologie sensorielle, sa physiologie de la reproduction et son endocrinologie ont également été beaucoup étudiées. Ces études sont facilitées par le fait que l'épinoche à trois épines est facile à trouver dans la nature et facile à garder en aquarium.

La description

Épinoche à trois épines

Cette espèce peut parfois atteindre des longueurs de 8 cm (3,1 pouces), mais des longueurs de 3 à 4 centimètres (1,2 à 1,6 pouces) à maturité sont plus courantes. Le corps est comprimé latéralement. La base de la queue est mince. La nageoire caudale a 12 rayons. La nageoire dorsale a 10–14 rayons ; devant lui se trouvent les trois épines qui donnent son nom au poisson (bien que certains individus n'en aient que deux ou quatre). La troisième épine (la plus proche de la nageoire dorsale) est beaucoup plus courte que les deux autres. Le dos de chaque colonne vertébrale est relié au corps par une fine membrane. La nageoire anale a huit à 11 rayons et est précédée d'une courte épine. Les nageoires pelviennes se composent d'une seule colonne vertébrale et d'un rayon. Toutes les épines peuvent être verrouillées en position droite, ce qui rend le poisson extrêmement difficile à avaler par un prédateur. Les nageoires pectorales sont grandes, avec 10 rayons. Le corps ne porte pas d'écailles, mais est protégé par des plaques osseuses sur le dos, les flancs et le ventre. Une seule plaque ventrale est présente, mais le nombre de plaques de flanc varie considérablement dans l'aire de répartition et selon les types d'habitat (voir ci-dessous) ; il est normalement plus élevé dans les populations marines (certaines populations d'eau douce peuvent en fait manquer complètement de plaques latérales).

La coloration dorsale varie, mais tend vers un olive terne ou un vert argenté, parfois avec des marbrures brunes. Les flancs et le ventre sont argentés. Chez les mâles pendant la saison de reproduction, les yeux deviennent bleus et le bas de la tête, la gorge et le ventre antérieur deviennent rouge vif. La gorge et le ventre des femelles reproductrices peuvent devenir légèrement roses. Quelques populations, cependant, ont des mâles reproducteurs qui sont tous noirs ou tous blancs.

Habitat et répartition

Répartition de Gasterosteus aculeatus (Épinoche à trois épines) aux États-Unis, à partir du site Web de l'USGS NAS

L'épinoche à trois épines ne se trouve que dans l'hémisphère nord, où elle habite généralement les eaux côtières ou les plans d'eau douce. Il peut vivre dans l'eau douce, saumâtre ou salée. Il préfère les eaux à faible débit avec des zones de végétation émergente. On le trouve dans les fossés, les étangs, les lacs, les marigots, les rivières calmes, les baies abritées, les marais et les ports.

En Amérique du Nord, il s'étend le long de la côte est de la baie de Chesapeake à la moitié sud de l'île de Baffin et à la rive ouest de la baie d'Hudson, et le long de la côte ouest du sud de la Californie à la rive ouest de l'Alaska et aux îles Aléoutiennes. On le trouve dans toute l'Europe entre 35 et 70°N. En Asie, la distribution s'étend du Japon et de la péninsule coréenne au détroit de Béring.

Sa répartition pourrait être qualifiée de circumpolaire n'eut été son absence de la côte nord de la Sibérie, de la côte nord de l'Alaska et des îles arctiques du Canada.

Variation de la morphologie et de la distribution

Gasterosteus aculeatus 1879.jpg
La tête d'une épinoche à trois épines (G. aculeatus) reconstruite en un maillage 3D à partir d'un scanner microCT. Cet individu appartenait à une population de ruisseaux d'eau douce sur l'île de Vancouver, en Colombie-Britannique. De nombreux traits d'épinoches peuvent varier considérablement entre les populations d'eau douce, y compris le nombre de plaques latérales osseuses, dont quelques-unes peuvent être vues vers le bord postérieur de ce maillage, et le nombre et la longueur des branchiospines et des dents pharyngées, qui peuvent être voir à l'intérieur de la bouche.

Trois sous - espèces sont actuellement reconnues par l' UICN :

  • G. a. aculeatus se trouve dans la plupart de l'aire de répartition de l'espèce et est la sous-espèce la plus strictement appelée épinoche à trois épines; son nom commun en Grande - Bretagne est le tiddler , bien que « tittlebat » soit aussi parfois utilisé.
  • G. a. williamsoni , l' épinoche à trois épines sans armure , ne se trouve qu'en Amérique du Nord; son aire de répartition reconnue est le sud de la Californie , bien que des rapports isolés aient été signalés en Colombie - Britannique et au Mexique ;
  • G. a. santaeannae , l' épinoche de Santa Ana , est également limitée à l'Amérique du Nord.

Ces sous-espèces représentent en fait trois exemples de l'énorme gamme de variations morphologiques présentes dans les épinoches à trois épines. Les hybrides entre certaines de ces morphes présentent des inconvénients de recherche de nourriture , une forme de renforcement au cours de la spéciation . C'est la preuve de la spéciation par renforcement .

Dans l'ensemble, ces morphes se répartissent en deux catégories grossières, les formes anadromes et les formes d' eau douce :

La forme anadrome passe la majeure partie de sa vie adulte à manger du plancton et du poisson dans la mer et retourne en eau douce pour se reproduire. Les poissons adultes mesurent généralement entre 6 et 10 cm de long et ont 30 à 40 plaques de blindage latérales le long de leurs côtés. Ils ont également de longues épines dorsales et pelviennes . La forme anadrome est morphologiquement similaire tout autour de l' hémisphère nord , de sorte que les poissons anadromes de la Baltique, de l'Atlantique et du Pacifique se ressemblent tous assez étroitement.

On trouve également des populations d'épinoches à trois épines dans les lacs et les cours d'eau d'eau douce. Ces populations se sont probablement formées lorsque les poissons anadromes ont commencé à passer tout leur cycle de vie en eau douce, et ont donc évolué pour y vivre toute l'année. Les populations d'eau douce sont extrêmement diversifiées sur le plan morphologique, au point que de nombreux observateurs (et certains taxonomistes) décriraient une nouvelle sous-espèce d'épinoche à trois épines dans presque tous les lacs de l'hémisphère nord. Une différence constante entre les populations d'eau douce et leurs ancêtres anadromes est la quantité d'armure corporelle, car la majorité des poissons d'eau douce n'ont qu'entre aucune et 12 plaques de blindage latérales et des épines dorsales et pelviennes plus courtes. Cependant, il existe également de grandes différences morphologiques entre les lacs. L'un des principaux axes de variation se situe entre les populations présentes dans les lacs profonds à parois abruptes et celles dans les petits lacs peu profonds. Les poissons des lacs profonds se nourrissent généralement de plancton dans les eaux de surface et ont souvent de grands yeux, un corps court et mince et des mâchoires renversées. Certains chercheurs appellent cela la forme limnétique . Les poissons des lacs peu profonds se nourrissent principalement sur le lit du lac et sont souvent longs et lourds avec des mâchoires relativement horizontales et de petits yeux. Ces populations sont appelées la forme benthique .

Étant donné que chaque bassin versant a probablement été colonisé séparément par des épinoches anadromes, on pense généralement que des populations morphologiquement similaires dans différents bassins versants ou sur différents continents ont évolué indépendamment. Une population unique se trouve dans le lac rose méromictique du parc de la Gatineau , au Québec .

Un aspect de cette variation morphologique est qu'un certain nombre de lacs contiennent à la fois un type limnétique et un type benthique, et ceux-ci ne se croisent pas. Les biologistes évolutionnistes définissent souvent les espèces comme des populations qui ne se reproduisent pas (le concept d'espèce biologique ), ainsi les éléments benthiques et limnétiques de chaque lac constitueraient des espèces distinctes. Ces paires d'espèces sont un excellent exemple de la façon dont l'adaptation à différents environnements (dans ce cas, l'alimentation dans les eaux de surface ou sur le lit du lac) peut générer de nouvelles espèces. Ce processus est devenu la spéciation écologique . Ce type de paire d'espèces se trouve en Colombie-Britannique . Les lacs eux-mêmes ne contiennent que des épinoches à trois épines et des truites fardées , et tous se trouvent sur des îles. Tragiquement, le couple du lac Hadley sur l' île Lasqueti a été détruit au milieu des années 1980 par l'introduction d'un poisson-chat prédateur, et le couple du lac Enos sur l'île de Vancouver a commencé à se croiser et ne sont plus deux espèces distinctes. Les deux couples restants se trouvent sur l'île Texada , dans les lacs Paxton et Priest, et ils sont répertoriés comme étant en voie de disparition dans la Loi canadienne sur les espèces en péril.

D'autres paires d'espèces constituées d'une forme marine bien blindée et d'une forme d'eau douce plus petite et non blindée sont étudiées dans des étangs et des lacs du centre-sud de l'Alaska qui étaient autrefois des habitats marins tels que ceux soulevés lors du tremblement de terre de 1964 en Alaska . La dynamique évolutive de ces paires d'espèces fournit un modèle pour les processus de spéciation qui ont eu lieu en moins de 20 ans dans au moins un lac. En 1982, un programme d'éradication chimique destiné à faire de la place à la truite et au saumon au lac Loberg, en Alaska, a tué les populations d'épinoches d'eau douce résidentes. Les épinoches océaniques introduites par Cook Inlet à proximité ont recolonisé le lac. En seulement 12 ans à partir de 1990, la fréquence de la forme océanique a diminué régulièrement, de 100 % à 11 %, tandis qu'une variété avec moins de plaques a augmenté à 75 % de la population, avec diverses formes intermédiaires constituant une autre petite fraction. On pense que cette évolution rapide est possible grâce à des variations génétiques qui confèrent des avantages compétitifs pour la survie en eau douce lorsque les conditions passent rapidement de l'eau salée à l'eau douce. Cependant, la base moléculaire réelle de cette évolution reste encore inconnue.

Bien que les épinoches se trouvent dans de nombreux endroits autour des côtes de l'hémisphère nord et soient donc considérées par l'UICN comme des espèces moins préoccupantes , l'histoire évolutive unique encapsulée dans de nombreuses populations d'eau douce indique qu'une protection juridique supplémentaire peut être justifiée.

Diète

Sous ses différentes formes ou stades de vie, l'épinoche à trois épines peut être un mangeur de fond (le plus souvent des larves de chironomes) ou un mangeur de plancton dans les lacs ou dans l'océan; il peut également consommer des proies terrestres tombées à la surface. Il peut cannibaliser les œufs et les alevins.

L'histoire de la vie

Épinoche mâle à gorge rouge et œil bleu brillant

De nombreuses populations mettent deux ans à mûrir et ne connaissent qu'une seule saison de reproduction avant de mourir, et certaines peuvent mettre jusqu'à trois ans pour atteindre la maturité. Cependant, certaines populations d'eau douce et les populations à des latitudes extrêmes peuvent atteindre la maturité en un an seulement.

la reproduction

Reproduction de l'épinoche à trois épines

La maturation sexuelle dépend de la température ambiante et de la photopériode. Des jours plus longs et des jours plus chauds stimulent une coloration plus vive chez les mâles et le développement des œufs chez les femelles.

À partir de la fin avril, les mâles et les femelles se déplacent des eaux plus profondes vers les zones peu profondes. Là, chaque mâle défend un territoire où il construit un nid au fond. Il commence par creuser une petite fosse. Il le remplit ensuite de matière végétale (souvent des algues filamenteuses), de sable et de divers débris qu'il colle avec du spiggin, une substance protéique sécrétée par les reins. Le mot spiggin est dérivé de spigg , le nom suédois de l'épinoche à trois épines. Il crée ensuite un tunnel à travers le nid plus ou moins sphérique en nageant vigoureusement à travers celui-ci. La construction du nid prend généralement 5 à 6 heures, bien qu'elle puisse également s'étaler sur plusieurs jours. Après cela, les hommes courtisent les femmes gravides qui passent avec une danse en zigzag. Il s'approche d'une femelle en nageant sur de très courtes distances à gauche et à droite, puis revient au nid de la même manière. Si la femelle suit, le mâle passe souvent la tête à l'intérieur du nid et peut nager dans le tunnel. La femelle nage ensuite également dans le tunnel, où elle dépose 40 à 300 œufs. Le mâle suit pour féconder les œufs. La femelle est alors chassée par le mâle. Pendant toute la durée du développement des œufs, le mâle chassera les autres mâles et les femelles non gravides. Il peut cependant courtiser d'autres femelles gravides (plus d'un lot d'œufs peuvent être déposés dans le même nid).

La séquence des comportements territoriaux de parade nuptiale et d'accouplement a été décrite en détail par Niko Tinbergen dans une première étude historique en éthologie . Tinbergen a montré que la couleur rouge sur la gorge du mâle territorial agit comme un simple stimulus de signe , libérant l'agressivité des autres mâles et attirant les femelles. La coloration rouge peut également être utilisée par les femelles pour évaluer la qualité des mâles. La coloration rouge est produite à partir des caroténoïdes présents dans l'alimentation des poissons. Comme les caroténoïdes ne peuvent pas être synthétisés de novo , le degré de coloration donne une indication de la qualité masculine (capacité à trouver de la nourriture), les mâles de meilleure qualité présentant une coloration plus intense. De plus, les mâles qui portent moins de parasites ont tendance à présenter des couleurs rouges plus vives. De nombreuses études ont montré que les femelles préfèrent les mâles avec une coloration rouge plus vive. Cependant, la réponse au rouge n'est pas universelle dans l'ensemble de l'espèce, les populations à gorge noire se trouvant souvent dans les eaux tachées de tourbe.

Le mâle prend soin des œufs en développement en les éventant. Il s'aligne à l'entrée du tunnel du nid et nage sur place. Le mouvement de ses nageoires pectorales crée un courant d'eau à travers le nid, apportant de l'eau fraîche (bien oxygénée) aux œufs. Il le fait non seulement pendant la journée, mais aussi toute la nuit. Les niveaux de ventilation ont tendance à augmenter jusqu'à ce que les œufs soient sur le point d'éclore, ce qui prend 7 à 8 jours à 18–20 °C. Les niveaux de ventilation augmentent également lorsque l'eau est mal oxygénée. Vers la fin de la phase de développement des œufs, le mâle fait souvent des trous dans le toit et près du bord du nid, vraisemblablement pour améliorer la ventilation du nid pendant l'éventage à un moment où les œufs sont plus actifs sur le plan métabolique. Une fois les jeunes éclos, le mâle essaie de les garder ensemble pendant quelques jours, aspirant tous les vagabonds dans sa bouche et les crachant dans le nid. Par la suite, les jeunes se dispersent et le nid est soit abandonné par le mâle, soit réparé en vue d'un autre cycle de reproduction.

En Nouvelle-Écosse , une forme d'épinoche à trois épines s'écarte du modèle habituel de soins parentaux. Contrairement aux autres épinoches qui nichent sur le substrat, les épinoches mâles de la Nouvelle-Écosse construisent des nids dans des tapis d'algues filamenteuses. Étonnamment, presque immédiatement après la fécondation, les mâles dispersent les œufs du nid et recommencent à solliciter les femelles pour les œufs. Par conséquent, il semble y avoir eu une perte de soins parentaux dans cette population. Parce que ces mâles ont une pigmentation dorsale réduite, résultant en un aspect blanc nacré, ils ont été surnommés « épinoches blanches ». On ignore actuellement s'il s'agit d'une espèce distincte ou simplement d'une forme de l'épinoche commune de l'Atlantique.

Comme le cycle de reproduction de l'épinoche à trois épines dépend de la lumière et de la température, il est également possible de manipuler la reproduction en laboratoire. Par exemple, il est possible d'inciter les épinoches à se reproduire deux fois par année civile, au lieu d'une, dans les bonnes conditions. Cela peut être utile pour les études génétiques et comportementales multigénérationnelles.

L'infection par le parasite cestode Schistocephalus solidus peut entraîner une réduction de la masse d'œufs ou une absence complète d'œufs chez les épinoches femelles à trois épines.

Comportement coopératif

Certaines preuves indiquent l'existence d'un comportement coopératif chez les épinoches à trois épines, principalement l' inspection coopérative des prédateurs . L'inspection des prédateurs semble permettre l'acquisition d'informations sur le risque qu'un prédateur potentiel présente et peut dissuader les attaques, le coût étant une probabilité accrue d'être attaqué si le prédateur s'avère affamé.

Stratégie du tac au tac

Les épinoches sont connues pour coopérer dans une stratégie de tit-for-tat (TFT) lors de l'inspection des prédateurs. L'idée derrière TFT est qu'un individu coopère au premier coup, puis fait tout ce que son adversaire fait au coup précédent. Cela permet une combinaison de réponses comportementales collaboratives (il commence par coopérer), de représailles (punit la défection) et de pardon (répondre à la coopération des autres, même s'ils ont déjà fait défection). Lorsque des épinoches à trois épines s'approchant d'un prédateur vivant étaient munies soit d'un compagnon coopérant simulé, soit d'un compagnon simulant une défection, le poisson se comportait selon la stratégie du tac au tac, soutenant l'hypothèse que la coopération peut évoluer entre les égoïstes.

En règle générale, les épinoches opèrent par paires. Les individus ont des partenaires avec lesquels ils effectuent à plusieurs reprises des visites d'inspection des prédateurs par paires. Deux paires réciproques par essai se produisent significativement plus souvent que ce qui était attendu en raison du hasard. Ces résultats fournissent une preuve supplémentaire d'une stratégie de coopération du tac au tac chez les épinoches.

Le comportement des épinoches est souvent cité comme un exemple archétypal de comportement coopératif lors de l'inspection des prédateurs. Les poissons de trois sites présentant des risques de prédation différents ont inspecté un prédateur modèle par paires et ont rendu la pareille aux mouvements coopératifs et aux défections du partenaire, mais pas à chaque occasion. Les épinoches originaires des deux sites contenant des poissons piscivores étaient plus susceptibles de réagir à la suite d'un mouvement coopératif qu'à la suite d'une défection. Les individus des sites à risque élevé étaient généralement plus coopératifs. Les individus accompagnés d'un compagnon modèle montrent des mouvements réciproques de coopération et de défection en réponse aux mouvements du modèle environ un tiers du temps. Les deux exemples de comportement d'épinoches démontrent les éléments d'une stratégie de coopération qui peut ressembler à du tit-for-tat.

Dépendance du partenaire

La stratégie de coopération du tac au tac s'est avérée évidente chez les épinoches. De plus, la taille du poisson partenaire d'une épinoche peut également être un facteur déterminant ce que fera une épinoche lorsque les deux poissons sont confrontés à un prédateur. Deux épinoches présentées simultanément à une truite arc -en -ciel , un prédateur beaucoup plus gros, auront des risques différents d'être attaquées. Habituellement, la plus grosse des deux épinoches a un risque plus élevé d'être attaquée. Les épinoches individuelles sont plus susceptibles de se rapprocher d'une truite (ou d'un autre prédateur) lorsqu'un partenaire potentiel plus important se rapproche de la truite que lorsqu'un partenaire plus petit s'approche de la truite. Bien que les grands et les petits partenaires se comportent de la même manière, le comportement d'un petit partenaire affecte davantage la stratégie du poisson d'essai que celle du grand partenaire. Que ce soit seul ou avec un partenaire qui coopère, un poisson plus gros s'approchera d'un prédateur plus étroitement qu'un poisson plus petit. Si un partenaire fait défaut, alors le facteur de condition d'une épinoche (c'est-à-dire sa capacité à fuir) détermine à quelle distance elle s'approche du prédateur plutôt que la taille de l'épinoche. La stratégie et la réaction face à des partenaires de tailles différentes semblent dépendre de la coopération ou de la défaillance du partenaire.

Biologie sensorielle

Épinoche à trois épines avec des neuromastes colorés qui forment le système de lignes latérales .

Les épinoches ont quatre cellules photoréceptrices de couleur dans leur rétine , ce qui les rend potentiellement tétrachromatiques . Ils sont capables de percevoir les longueurs d'onde ultraviolettes de la lumière invisible à l'œil humain et d'utiliser ces longueurs d'onde dans leur répertoire comportemental normal.

Parasites

L'épinoche à trois épines est un hôte intermédiaire connu pour le parasite hermaphrodite Schistocephalus solidus , un ténia des poissons et des oiseaux piscivores.

La génétique

Les épinoches à trois épines sont récemment devenues un organisme de recherche majeur pour les biologistes de l'évolution qui tentent de comprendre les changements génétiques impliqués dans l'adaptation à de nouveaux environnements. Le génome entier d'un poisson femelle du lac Bear Paw en Alaska a été récemment séquencé par le Broad Institute et de nombreuses autres ressources génétiques sont disponibles. Cette population est menacée par la présence de grands brochets introduits dans un lac voisin. Les épinoches à trois épines sont également utilisées pour la recherche sur l'expression des gènes du cerveau en fonction du sexe. Les parents exposés à des modèles de prédateurs ont produit une progéniture avec des expressions génétiques différentes par rapport à ceux qui n'ont pas été exposés à des prédateurs. Les gènes qui ne se chevauchent pas semblent fortement influencés par le sexe du parent, les gènes étant exprimés différemment dans la progéniture selon que le parent mâle ou femelle a été exposé à la prédation.

Dynamiques éco-évolutives

La recherche sur les épinoches à trois épines a été au cœur du domaine de la dynamique éco-évolutive. La dynamique éco-évolutive est un domaine d'étude qui étudie comment les processus écologiques (par exemple, la dynamique des populations , les interactions communautaires et le cycle des nutriments ) affectent l'évolution des populations et, à leur tour, comment ces modèles d'évolution se répercutent sur les processus écologiques. Il est important de noter que ces dynamiques surviennent lorsqu'un changement évolutif substantiel se produit à la même échelle de temps que le changement écologique (c'est-à-dire moins de 1 000 générations). Les épinoches à trois épines sont particulièrement utiles pour étudier la dynamique éco-évolutive parce que plusieurs populations ont évolué rapidement et selon des schémas prévisibles et répétés après avoir colonisé de nouveaux environnements. Ces modèles d'évolution répétés permettent aux scientifiques d'évaluer si les impacts de l'évolution des épinoches sur les processus écologiques sont reproductibles.

Un cadre éco-évolutif a été utilisé pour explorer de multiples aspects de la biologie des épinoches. Notamment, cette recherche s'est concentrée sur la façon dont les populations d'épinoches à trois épines ont divergé pour occuper différentes niches écologiques (un processus appelé rayonnement adaptatif ) et comment les épinoches ont coévolué avec leurs parasites.

Dynamique éco-évolutive du rayonnement adaptatif

La plupart des recherches sur la dynamique éco-évolutive chez les épinoches se sont concentrées sur la façon dont le rayonnement adaptatif de différents écotypes affecte les processus écologiques. Les écotypes représentent des populations génétiquement et morphologiquement reconnaissables occupant des niches écologiques distinctes . Dans épinoche, écotypes divergentes sont souvent trouvés comme sympatric ( par exemple, co-occurrence) ou parapatriques ( par exemple, se chevauchant partiellement, mais la plupart du temps isolés) paires d'espèces, y compris les benthique - limnétique paires, freshwater- anadromes paires et Lac-courant paires. Des paires d'écotypes d'épinoches ont divergé à des échelles de temps allant de 10 000 ans à il y a seulement quelques décennies.

Différentes combinaisons d'écotypes d'épinoches affectent les processus écosystémiques de différentes manières. Par exemple, la présence combinée d'épinoches benthiques et limnétiques spécialisées a un effet différent sur la diversité et l'abondance des espèces de proies par rapport à la présence d'un écotype d'épinoches ancestrale généraliste seulement. Notamment, cet effet semble être dû aux épinoches limnétiques spécialisées dans les proies du zooplancton , plutôt qu'à une augmentation du nombre d'espèces d'épinoches co-occurrentes seules. Les impacts de la spécialisation des écotypes sur les communautés de proies peuvent même affecter l'abondance des algues et des cyanobactéries qui n'interagissent pas directement avec les épinoches, ainsi que des aspects de l'environnement abiotique, tels que la quantité de lumière ambiante disponible pour la photosynthèse et les niveaux d'oxygène dissous, de carbone , et le phosphore. Ces divers changements dans les processus écosystémiques peuvent persister et affecter la sélection naturelle sur les générations d'épinoches subséquentes, façonnant potentiellement la façon dont les populations d'épinoches évolueront à l'avenir. Étant donné que la présence d'écotypes spécialisés par rapport aux écotypes généralistes peut avoir un impact sur les écosystèmes d'une manière qui, à son tour, affecte la sélection des futures générations d'épinoches, le rayonnement adaptatif des écotypes spécialisés pourrait entraîner des boucles de rétroaction éco-évolutives dans les populations naturelles.

Dynamique éco-évolutive des interactions hôte-parasite

Les épinoches ont également été étudiées pour étudier la dynamique éco-évolutive de la coévolution hôte-parasite . Les épinoches à trois épines peuvent être l'hôte de divers parasites (p. ex., Schistocephalus solidus , un ténia commun des poissons et des oiseaux piscivores). La diversité des espèces de parasites au sein des épinoches individuelles est influencée par la niche alimentaire et la réponse immunitaire d'un individu. Cette covariation entre l'infection parasitaire et les traits de l'hôte est probablement une conséquence de la rétroaction éco-évolutive, selon laquelle l'évolution des traits de résistance alimentaire et parasitaire chez les épinoches modifie les taux de reproduction et d'infection des parasites, ce qui à son tour affecte l'exposition aux parasites et la sélection sur la résistance des parasites chez les épinoches. Ces rétroactions peuvent également s'étendre au-delà des interactions épinoches-parasites pour modifier les processus écosystémiques. Plus précisément, les différences de résistance et de taux d'infection entre les écotypes d'épinoches peuvent modifier la façon dont les épinoches affectent l'abondance des espèces de proies et les niveaux de nutriments dissous et d'oxygène. Ces impacts écosystémiques peuvent affecter davantage la sélection des épinoches dans les générations suivantes, ce qui suggère une boucle de rétroaction complexe entre l'évolution des interactions hôte-parasite, la composition de la communauté et les conditions abiotiques.

Méthodes courantes

De nombreux chercheurs ont utilisé des expériences de mésocosmes pour tester comment le rayonnement adaptatif des écotypes d'épinoches et les interactions épinoches-parasites peuvent avoir un impact sur les processus écologiques. Dans ces expériences, les chercheurs simulent les environnements naturels des épinoches dans des réservoirs fermés, y compris les communautés naturelles de plantes et d'invertébrés et les zones écologiques d'eau douce . Ils manipulent ensuite systématiquement une variable indépendante (par exemple, quels écotypes d'épinoches étaient présents ou la présence de parasites), et ont mesuré les différences dans les aspects biotiques et abiotiques des écosystèmes parmi les différents traitements contre les épinoches. Dans certains cas, les chercheurs ont ensuite testé les boucles de rétroaction potentielles entre l'évolution de l'écotype et le changement écologique en retirant les épinoches adultes des mésocosmes et en les remplaçant par des juvéniles de différents écotypes. Ce faisant, les chercheurs pourraient alors mesurer comment les effets des épinoches adultes sur leurs écosystèmes influençaient la valeur adaptative globale des juvéniles (p. ex. taux de survie et de croissance) et les différences de valeur adaptative entre les juvéniles de différents écotypes.

Les références

Lectures complémentaires

  • Wootton, RJ 1976. La biologie des épinoches. Presse académique, Londres.
  • Bell, MA et Foster, SA (éd.) 1994. La biologie évolutive de l'épinoche à trois épines. Oxford University Press, New York.
  • Ostlund-Nilsson, S., Mayer, I. et Huntingford, FA (eds.) 2007. Biologie de l'épinoche à trois épines. Presse CRC, Boca Raton.

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