Pinsons de Darwin

Darwin lors du voyage du H.M.S Beagle

De 1831 à 1836, Charles Darwin a embarqué pour un voyage sur le H.M.S Beagle, un navire parti de Plymouth, en Angleterre, et qui a voyagé autour du monde pendant cinq ans. Lamission du H.M.S Beagle était d' étudier le littoral sud-américain. Bien qu'il ait été engagé comme géologue, Darwin a passé beaucoup de temps à observer et à collecter des animaux, des plantes et des fossiles.

Fig. 1. Fou à pieds bleus des îles Galápagos. Source : Unsplash

Après les cinq années de voyage, le Beagle a fait escale aux îles Galápagos, un groupe d'îles volcaniques situées à 900 km à l'ouest de l'Amérique du Sud. Les îles Galápagos abritent une vie animale diversifiée et endémique, notamment des fous à pieds bleus, des tortues terrestres géantes et les pinsons des Galápagos. Les différences entre les pinsons l'ont amené à remettre en question l'idée que les espèces étaient statiques, comme on le croyait à son époque. En d'autres termes, ils ont planté la graine qui allait conduire à la théorie de l'évolution.

Au cours de ses voyages et de ses recherches, il a tenu un journal de ses observations. Plus tard, il révisera ses notes et écrira L'origine des espèces où il détaille sa célèbre théorie de l'évolution par sélection naturelle.

Les pinsons de Darwin et leurs becs

Alors qu'il se trouvait dans les îles Galápagos, Darwin a remarqué que les organismes étaient similaires d'une île à l'autre, mais qu'ils présentaient certaines caractéristiques qui les distinguaient les uns des autres. Les pinsons, en particulier, ont attiré l'attention de Darwin. Il a constaté que plus d'une douzaine d'espèces de pinsons habitaient les îles. Darwin a notamment remarqué que la forme du bec des pinsons variait d'une espèce à l'autre sur les îles.

Darwin a attribué la forme unique des becs aux sources de nourriture disponibles dans leur environnement spécifique. En regardant le diagramme ci-dessous, tu peux voir quatre espèces qui font partie du groupe des pinsons de Darwin.

Le bec de chacune de ces espèces a une forme et une taille différentes :

• Geospiza magnirostris a un grand bec incurvé qui l'aide à briser et à retenir les grosses graines dures.
• Geospiza fortis a également un bec incurvé, mais il est plus petit car cette espèce se nourrit de graines plus petites et plus tendres.
• Geospiza parvula et Certhidea olivacea ont des becs plus courts et plus petits qui forment une ligne plus droite que les becs des espèces ci-dessus. Elles sont adaptées pour attraper et manger des insectes.

Comme tu peux le constater, la forme et la taille distinctes du bec donnent à chaque espèce une plus grande chance de survie dans sa niche. Le lien entre la source de nourriture et les caractéristiques physiques des oiseaux (leur phénotype) a été le premier indice pour Darwin que les espèces peuvent effectivement s'adapter, et que les individus ayant les meilleures adaptations auront le plus de chances de survivre et de transmettre ces traits à leur progéniture.

Lestraits et les comportements qui aident les organismes à survivre et à se reproduire sont appelés adaptations. Darwin a noté que la forme des becs des pinsons était une adaptation qui les aidait à obtenir de la nourriture dans leur habitat. En expliquant comment ces espèces uniques de pinsons sont apparues, Darwin a pu formuler sa théorie de l'évolution par sélection naturelle.

Les pinsons de Darwin : une petite activité

Voici une petite activité que tu peux faire pour comprendre comment les différentes formes de bec (comme celles des différentes espèces de pinsons de Darwin) sont adaptées pour collecter des types d'aliments spécifiques.

Tu auras besoin du matériel suivant :

• Des sources de nourriture, comme des graines de tournesol, du raisin, des œufs durs et du yaourt.

• Outils : un cure-dent, une pince à épiler, une spatule et une fourchette.

• Des assiettes en papier

Méthodologie :

1. Remplis une assiette de graines de tournesol. Cette assiette sera appelée l'assiette A.

2. Laisse la plaque B vide.

3. Pendant 30 secondes, essaie de transférer autant de contenu de la plaque A à la plaque B en utilisant chaque outil.

4. Pèse la plaque B et écris dans le tableau ci-dessous la quantité que tu as réussi à transférer.

5. Répète le processus pour chacune des sources de nourriture et utilise chaque outil pour chacune d'entre elles.

Tableau 1. Poids de la plaque B (g).

Réponds aux questions suivantes :

1. Quel outil était le meilleur pour collecter les graines de tournesol ? Et pour les raisins, les œufs durs et les yaourts ? Pourquoi ?

2. Quel outil était le plus mauvais pour collecter chacune des sources de nourriture ? Pourquoi ?

3. Comment pourrais-tu faire le lien entre cette activité et la forme des becs des pinsons en tant qu'adaptation ?

   Peux-tu imaginer que tu doives cueillir des graines minuscules, comme les graines de chia, avec un gros bec comme celui d'un tucan ?

4. À ton avis, qu'arriverait-il aux pinsons dont la forme du bec ne conviendrait pas à la source de nourriture disponible ? Qu'en est-il des pinsons dont la forme du bec est la plus adaptée ?

   Es-tu capable de concourir au maximum de tes capacités lorsque tu n'as pas pris un bon petit déjeuner ?

Les pinsons de Darwin et la théorie de l'évolution

Darwin a émis la théorie que toutes les différentes espèces de pinsons des îles Galápagos provenaient d'une espèce mère (un ancêtre commun) qui a colonisé les îles pour la première fois il y a des millions d'années. Darwin a expliqué qu'au fur et à mesure que les populations de l'espèce mère se répandaient d'une île inhabitée à l'autre, elles s'adaptaient à différentes niches écologiques et évoluaient rapidement en de nombreuses espèces descendantes. En d'autres termes, Darwin pensait que les pinsons s'étaient adaptés à leur environnement, augmentant ainsi leurs chances de survie et de reproduction.

Comment la sélection naturelle provoque-t-elle l'évolution ?

Dans tout habitat, les ressources sont limitées et les organismes doivent donc se faire concurrence pour survivre. Les organismes dont les caractéristiques sont les mieux adaptées ont plus de chances de survivre.

Parce qu'ils ont plus de chances de survivre, les organismes présentant des caractéristiques favorables peuvent également se reproduire et transmettre ces caractéristiques. Darwin a appelé cela le processus de sélection naturelle, plus connu sous le nom de "survie du plus apte". La sélection naturelle est le processus par lequel les organismes ayant de meilleures caractéristiques ont tendance à survivre et à se reproduire à des taux plus élevés que les autres individus en raison de ces caractéristiques.

Cela signifie que les organismes ayant des caractéristiques favorables seront plus nombreux que ceux ayant des caractéristiques moins favorables dans la génération suivante. Au fil du temps, des espèces mieux adaptées à leur habitat se forment .C'est ainsi que la sélection naturelle conduit à l'évolution. Si suffisamment de différences s'accumulent entre une espèce d'origine et les membres de cette espèce après de nombreuses générations exposées à la sélection naturelle, une nouvelle espèce peut se former.

L'évolution des pinsons de Darwin

Le nombre d'espèces différentes de pinsons dans les îles Galápagos présente un cas intéressant car la spéciation a tendance à ne produire qu'une seule nouvelle espèce à partir d'une espèce mère sur une longue période. Cependant, les pinsons des Galápagos ont connu uneévolution fulgurante, produisant un grand nombre d'espèces descendantes différentes en un temps relativement court . Il s'agit d'un type de spéciation appelé adaptive radiation.

Pour illustrer comment la radiation adaptative a pu avoir lieu :

• Disons que la population de pinson A occupe une zone.

• Au fil du temps, la population de pinsons A s'adapte à son nouvel environnement et devient différente de l'espèce mère.

• La population de pinsons B, issue de la même espèce mère, pénètre dans la même zone et entre en compétition avec la population de pinsons A.

• Les populations A et B subissent des pressions pour s'adapter à différentes niches (différents rôles, comme se nourrir de différentes sources de nutriments ou vivre dans différents types d'arbres).

• Elles transmettent des caractéristiques adaptées à chaque niche .

• Lorsque ce processus se produit plusieurs fois dans une même zone, plusieurs nouvelles espèces peuvent se former à partir d'une seule espèce mère en peu de temps.

Cela explique comment plus d'une douzaine d'espèces de pinsons différentes ont évolué à partir d'une seule espèce mère en un temps relativement court dans les îles Galápagos (Fig. 2).

Fig. 3. Schéma montrant comment une espèce mère de pinson a rapidement formé plusieurs nouvelles espèces de pinson avec des formes de bec et des habitudes alimentaires différentes.

Quelle est l'importance des pinsons de Darwin ?

Ladécouverte par Darwin que les différentes espèces de pinsons des Galápagos avaient des formes de bec uniques adaptées aux sources de nourriture disponibles dans leurs habitats spécifiques a conduit à l'idée que les formes de vie n'étaient pas parfaites et immuables. Au contraire, elles changeaient au fil du temps en réponse à leur environnement, c'est-à-dire qu'elles évoluaient. Ces changements se manifestent par des traits observables, comme la forme des becs des pinsons des Galápagos.

Surla base des découvertes qu'il a faites au cours du voyage du Beagle, Darwin a soutenu que les traits changent dans une population parce que les individus qui héritent de traits mieux adaptés à l'environnement ont de meilleures chances de survie et de reproduction ; ainsi, ces traits sont mieux représentés dans les générations suivantes. Ces connaissances sont devenues le fondement de la théorie de l'évolution par sélection naturelle de Darwin.

Une autre idée clé que Darwin avait tirée de ses observations est le processus de radiation adaptative. Les similitudes morphologiques entre les espèces de pinsons des Galápagos l'ont amené à penser qu'elles descendaient toutes d'un ancêtre commun, mais qu'elles s'étaient rapidement diversifiées et spéciiées parce que chaque population s'était adaptée à une niche écologique différente.

En résumé, la découverte des différentes formes de bec chez les pinsons de Darwin a conduit ce dernier à conceptualiser les notions clés suivantes en biologie et en sciences de l'environnement aujourd'hui :

• La théorie de l'évolution: les espèces ne sont pas statiques, elles changent au fil du temps, elles évoluent. Cela a conduit à la réfutation du créationnisme : Darwin a contredit la croyance existante selon laquelle Dieu avait créé chaque espèce dans sa forme parfaite et immuable. Ce n'était pas une mince affaire à l'époque.
• Lasélection naturelle: Darwin a proposé que les espèces changent et que de nouvelles espèces se forment parce que les individus présentant des traits bénéfiques pour la survie et la reproduction avaient de meilleures chances d'avoir une descendance. Ainsi, les caractéristiques bénéfiques étaient plus susceptibles d'être transmises à la génération suivante, et la fréquence de ces caractéristiques augmentait avec les générations suivantes, modifiant ainsi l'espèce dans son ensemble. Le processus par lequel les caractéristiques bénéfiques sont favorisées dans la nature s'appelle la sélection naturelle.
• Dans certaines circonstances, l'évolution et la spéciation peuvent se produire plus rapidement que prévu. Dans les îles Galápagos, la concurrence entre les pinsons était si intense qu'ils se sont rapidement adaptés à différentes niches dans les mêmes îles. À partir d'un seul ancêtre commun, plus d'une douzaine d'espèces sont apparues, chacune avec ses traits particuliers (notamment la forme et la taille particulières du bec) qui avaient été retenus par la sélection naturelle. Ce processus d'évolution intense est appelé radiation adaptative.

Comme tu peux le constater, les pinsons de Darwin ont permis au célèbre biologiste de développer sa théorie révolutionnaire de l'évolution, leur importance est donc incalculable.