Comment l’accélération de l’évolution pourrait aider les coraux à survivre aux futures vagues de chaleur – nouvelle étude
À mesure que le réchauffement climatique s’accélère, les vagues de chaleur extrêmes provoquent la mort d’une grande partie des coraux des récifs tropicaux. La plupart des coraux dépendent de minuscules cellules d’algues vivant dans leurs tissus qui effectuent la photosynthèse et produisent de l’énergie. Les coraux utilisent cette énergie pour construire leurs squelettes qui créent la structure du récif.
Dans notre monde qui se réchauffe, l’évolution de la tolérance aux vagues de chaleur sera essentielle à la persistance des populations de coraux. L'adaptation naturelle se produit sur plusieurs générations et est probablement déjà en cours. Mais ces taux d’adaptation pourraient être dépassés par le réchauffement des océans.
Les scientifiques et les gestionnaires de récifs appellent désormais à une « évolution assistée » pour aider à accélérer l’adaptation. Une approche prometteuse est la sélection sélective pour améliorer la tolérance aux vagues de chaleur.
Notre nouvelle étude explore comment de telles interventions pourraient aider les coraux à résister aux futures vagues de chaleur.
En examinant les bases génétiques de la tolérance à la chaleur et d’autres traits importants de l’histoire de la vie, notamment la croissance, les réserves d’énergie et la reproduction, nous révélons à la fois le potentiel et les limites de l’adaptation évolutive au stress thermique extrême. Ce travail se concentre sur une population de coraux élevés en captivité que nous avons élevée pendant huit ans à Palau, un archipel du Pacifique occidental.
Le domaine de la génétique quantitative peut faire la lumière sur des caractères complexes tels que la croissance et la tolérance à la chaleur, qui sont généralement influencés par des centaines, voire des milliers de gènes. Ces outils peuvent nous aider à maximiser les réponses évolutives à la sélection et sont utilisés depuis longtemps dans l’agriculture et l’élevage – depuis les cultures que nous mangeons jusqu’aux chiens que nous avons à la maison.
Deux concepts clés sont centraux. Le « mérite génétique » décrit la valeur d'un individu pour la reproduction, et les « corrélations génétiques » décrivent comment les traits partagent leur base génétique sous-jacente.
Pour les estimer, il faut mesurer certains traits comme la tolérance à la chaleur et collecter des informations sur les liens de parenté entre les individus, comme les frères et sœurs complets ou demi-sœurs. Mais cela est difficile chez les coraux sauvages, qui se dispersent largement et n’ont généralement aucun lien avec les individus voisins du récif.
Notre population captive, contenant à la fois des individus apparentés et non apparentés, offre une rare opportunité d'appliquer la génétique quantitative aux coraux adultes.
Imaginez qu’une vague de chaleur majeure ait provoqué une mortalité généralisée des coraux. Quels coraux devrions-nous sélectionner pour la propagation ou la reproduction ?
Le choix des survivants semble intuitif, mais la survie à elle seule ne garantit pas une prédisposition génétique à la tolérance à la chaleur. Un corail pouvait survivre par hasard – peut-être était-il ombragé ou possédait-il des réserves d’énergie plus élevées, alors que tous ses proches mouraient. La sélection de tels individus pour la reproduction ne parviendrait pas à améliorer la tolérance aux vagues de chaleur des générations futures.
Cependant, si des familles entières ont tendance à survivre ou à périr ensemble, cela indique une base génétique pour la tolérance à la canicule. Utiliser la génétique quantitative dans de tels cas peut aider à faire des choix plus éclairés.
Mais si aucune vague de chaleur naturelle ne se produit, comment pouvons-nous identifier de manière proactive les bons coraux à gérer ? Pour ce faire, nous avons besoin d’un indicateur : un trait facile à mesurer qui est génétiquement corrélé avec – et donc prédit – le mérite génétique d’un individu pour la survie à la canicule.
Nous avons testé la tolérance à la chaleur des coraux sous quatre expositions à des températures différentes, allant d'une exposition d'un mois à 32,5°C à un choc thermique rapide atteignant 38,5°C.
Ces températures expérimentales élevées vont au-delà de ce qui se passe dans la nature. À mesure que les conditions simulées devenaient plus chaudes, nous avons découvert des corrélations génétiques de plus en plus faibles avec la survie marine aux vagues de chaleur. Ces caractères de tolérance présentent une biologie sous-jacente quelque peu distincte, un choix minutieux des caractères est donc essentiel. Tester les mauvais traits proxy pour identifier les coraux cibles ne parviendra pas à améliorer la survie en cas de canicule.
Mais l’adaptation implique bien plus que la simple tolérance à la chaleur. La croissance individuelle, les réserves énergétiques et la reproduction sont toutes essentielles à la santé des populations. Si l’amélioration de la tolérance à la chaleur se fait au détriment de caractéristiques comme celles-ci, cela compromettrait la viabilité de la population.
De manière encourageante, nous n’avons trouvé aucune corrélation génétique négative détectable entre les traits que nous avons étudiés.
Faire face au stress futur
Pour explorer comment l'évolution assistée pourrait améliorer la tolérance à la chaleur au fil du temps, nous avons développé une simulation informatique.
Cela nous a montré qu’il était possible d’atteindre des niveaux de tolérance capables de résister aux futures canicules, mais seulement sous certaines conditions.
La sélection était nécessaire pour cibler directement la survie à long terme en cas de canicule. Cela signifiait choisir uniquement les 5 % de coraux les plus tolérants comme parents pour la reproduction, et cela devait être répété sur plusieurs générations.
Mais une sélection aussi intense introduit d’autres défis, tels que le maintien de la diversité génétique et l’intensification des efforts de sélection. Si nous devons reproduire à partir de 50 coraux pour maintenir la diversité génétique et ne sélectionner que les 5 % supérieurs, nous devons alors tester 1 000 coraux. Cela devient très difficile sur le plan logistique.
Nos résultats de modélisation montrent que l’évolution assistée peut apporter des gains significatifs dans la tolérance des coraux aux vagues de chaleur. Mais le succès dépendra d’un choix minutieux des caractères et d’une sélection solide et soutenue.
La réduction des émissions de gaz à effet de serre reste essentielle pour atténuer le réchauffement futur. Parallèlement, la gestion stratégique des écosystèmes locaux – de la conservation à l’évolution assistée – sera cruciale pour aider les espèces clés à s’adapter et à persister dans notre monde qui se réchauffe rapidement.
Liam Lachs, associé de recherche postdoctoral en écologie et évolution du changement climatique, Université de Newcastle; Adriana Humanes, associée de recherche postdoctorale en écologie des récifs coralliens, Université de Newcastle, Université de Newcastleet James Guest, lecteur en écologie des récifs coralliens, Université de Newcastle
Photo par Immo Wegmann sur Unsplash
