Innovation clé - Key innovation
En biologie évolutive , une innovation clé , également connue sous le nom de percée adaptative ou d' adaptation clé , est un nouveau trait phénotypique qui permet le rayonnement ultérieur et le succès d'un groupe taxonomique. Généralement, ils apportent de nouvelles capacités qui permettent aux taxons de se diversifier rapidement et d'envahir des niches qui n'étaient pas disponibles auparavant. Le phénomène aide à expliquer comment certains taxons sont beaucoup plus diversifiés et ont beaucoup plus d'espèces que leurs taxons frères . Le terme a été utilisé pour la première fois en 1949 par Alden H. Miller qui l'a défini comme « des ajustements clés du mécanisme morphologique et physiologique qui sont essentiels à l'origine de nouveaux grands groupes », bien qu'une définition contemporaine plus large considère qu'« une innovation clé est un changement évolutif des traits individuels qui est causalement lié à un taux de diversification accru dans le clade résultant ».
La théorie des innovations clés a été attaquée parce qu'elle est difficile à tester de manière scientifique, mais il existe des preuves pour étayer cette idée.
Mécanisme
Le mécanisme par lequel une innovation clé conduit à la diversité taxonomique n'est pas certain mais plusieurs hypothèses ont été suggérées :
Améliorer la condition physique individuelle
Une innovation clé peut, en augmentant la valeur adaptative des individus de l'espèce, rendre l' extinction moins probable et permettre aux taxons de s'étendre et de se spécier .
Les canaux de latex et de résine dans les plantes sont utilisés pour dissuader les prédateurs en libérant une sécrétion collante lorsqu'ils sont percés, ce qui peut immobiliser les insectes et certains contiennent des substances toxiques ou nauséabondes. Ils ont évolué indépendamment environ 40 fois et sont considérés comme une innovation clé. En augmentant la résistance de la plante à la prédation, les canaux augmentent l'aptitude des espèces et leur permettent d'échapper à la consommation, au moins jusqu'à ce que le prédateur développe une capacité à surmonter la défense. Pendant la période de résistance, les plantes sont moins susceptibles de disparaître et peuvent se diversifier et se spécier, et en tant que tels, les taxons avec des canaux de latex et de résine sont plus diversifiés que leur canal dépourvu de taxons frères.
Invasion de niche de roman
Une innovation clé peut permettre à une espèce d'envahir une nouvelle région ou niche et ainsi être libérée de la concurrence, permettant une spéciation et un rayonnement ultérieurs .
Un exemple classique en est la quatrième cuspide des molaires des mammifères , l' hypocône , qui a permis aux premiers ancêtres des mammifères de digérer efficacement leur régime alimentaire généralisé. Les précurseurs de cela, les dents triconodontes des reptiles, étaient adaptés pour saisir et trancher plutôt que pour mâcher. L'évolution de l'hypocône et des molaires plates a permis plus tard aux animaux de s'adapter à un régime herbivore car ils pouvaient être utilisés pour décomposer la matière végétale dure par broyage. L'évolution de cette capacité a permis aux mammifères de s'adapter pour utiliser une grande variété de sources de nourriture et a permis aux premiers mammifères d'envahir de nouvelles niches grâce à l'évolution d'herbivores spécialisés, qui ont connu un succès relatif au cours de l' éocène moyen . Se spécialiser dans un régime à base de plantes offrait aux premiers herbivores des ressources suffisantes pour rayonner, car l'énergie n'était pas perdue à des niveaux trophiques supérieurs et peu de concurrents existaient à l'époque.
Isolement reproductif
Une innovation clé peut entraîner un isolement reproductif, par lequel les individus avec l'innovation ne se reproduisent plus avec ceux qui n'en ont pas. Cela peut conduire à une spéciation rapide car les deux populations se séparent et accumulent des mutations.
Les éperons à nectar d' Aquilegia , un genre diversifié de plantes à fleurs, sont considérés comme une innovation clé pour cette raison. Les éperons à nectar aident à la pollinisation en éloignant le nectar de l'étamine, garantissant que les insectes pollinisateurs ou les oiseaux ramassent le pollen lorsqu'ils y accèdent. Celles-ci ont conduit à une spéciation rapide au sein du genre car les plantes et leurs pollinisateurs peuvent se spécialiser les uns par rapport aux autres, c'est-à-dire qu'une espèce de pollinisateur se nourrit exclusivement d'une espèce de plante, et ainsi les populations végétales pourraient facilement s'isoler les unes des autres sur le plan de la reproduction. De plus, la forme et la taille de l'éperon nectarifère peuvent évoluer en réponse aux adaptations des pollinisateurs, développant une relation de co-évolution. Le genre Aquilegia compte plus de 50 espèces.
des reproches
En tant que théorie de l'évolution, les innovations clés ont fait l'objet d'un examen critique en raison du fait qu'elles sont difficiles à tester. L'identification dépend de la recherche d'une corrélation entre l'innovation et l'augmentation de la diversité en comparant les taxons frères, mais cela ne prouve pas la causalité ou n'isole pas d'autres causes de diversité telles que la stochasticité ou l'habitat, et il est possible de choisir des exemples qui correspondent à l'hypothèse. De plus, l'identification rétrospective des innovations clés offre peu en termes de compréhension des processus et des pressions qui ont abouti à l'adaptation, et peut identifier un processus évolutif très complexe comme un événement unique. Un exemple de ceci est l'évolution du vol aviaire, qui a été identifié comme une innovation clé en 1963 par Ernst Mayr . Cependant, des changements évolutifs distincts ont dû se produire tout au long de la physiologie de l'ancêtre aviaire, y compris l'élargissement du cervelet et l'élargissement et l' ossification du sternum . Ces adaptations se sont produites séparément, et à des millions d'années d'intervalle, pas en une seule étape.