Les passereaux, le groupe d'oiseaux le plus diversifié de la planète, qui comprend des moineaux, des chardonnerets, des merles et des hirondelles, n'ont pas évolué de manière graduelle, mais en rafales rapides liées à de grands changements climatiques.
C'est ce que a révélé une étude de l'Université du Michigan, aux États-Unis, publiée dans la revue Nature Ecology & Evolution, avec le soutien principal de Schmidt Sciences et de la Fondation David et Lucile Packard.
Pour arriver à cette conclusion, l'équipe a analysé plus de 170 000 mesures osseuses de plus de 15 000 spécimens de musée, répartis entre plus de 2 000 espèces. Avec ces données, ils ont reconstruit près de 45 millions d'années d'histoire évolutive du groupe. La majorité du matériel provenait du Musée de zoologie de l'Université du Michigan.
La clé était un outil d'intelligence artificielle appelé Skelevision, développé par le laboratoire de Brian Weeks avec celui de David Fouhey, de l'Université de New York, dans une collaboration de sept ans.
Le système photographie des squelettes sur une grille d'échelle commune et mesure 12 os par spécimen en seulement 45 secondes. Cela a permis de numériser des collections entières qui, par des méthodes traditionnelles, auraient demandé des années de travail.
Chaque spécimen qui nécessitait auparavant environ 15 minutes de traitement manuel a été réduit à moins d'une minute avec le système automatisé.
Jake Berv, auteur principal de l'étude et boursier postdoctoral à l'École de l'environnement et de la durabilité de l'U-M, a également développé une méthode statistique propre appelée bifrost, qui permet d'analyser l'ensemble du squelette de chaque espèce à la fois au lieu d'os par os.
“L'organisme entier est une morphologie intégrée et complexe, et chacune de ses parties est liée à toutes les autres”, a-t-il expliqué. La question centrale du modèle, selon lui, est d'identifier la séquence de changements évolutifs qui explique la variation que l'on peut aujourd'hui observer entre les espèces.
Berv a également souligné que la théorie évolutive prédit que de nouveaux groupes d'animaux apparaissent avec une diversification explosive, stimulée par une nouvelle opportunité écologique ou par la dispersion vers un nouveau continent.
Avec le temps, cette opportunité diminue et le processus ralentit. “C'est ce que prédit la théorie, et c'est également ce que nous observons dans les données”, a-t-il affirmé.
Pulsations de changement et géographie
L'analyse a détecté que les rafales de changement les plus intenses ont eu lieu il y a environ 35 millions d'années, lors de la transition entre l'Éocène et l'Oligocène, une période de refroidissement global intense.
Ensuite, le rythme a ralenti à mesure que les opportunités adaptatives se sont épuisées. Une seconde concentration de ralentissements est apparue il y a environ 15 millions d'années, coïncidant avec un autre événement géologique pertinent.
Weeks a décrit le modèle général comme une succession de grandes augmentations et peu fréquentes des taux d'évolution, suivies de nombreuses baisses mineures.
“Ce modèle est très cohérent avec une situation où les lignées occupent un nouvel espace écologique et changent rapidement pour saisir cette opportunité”, a-t-il signalé.
L'étude a également trouvé que la géographie prédit la vitesse de l'évolution : les oiseaux aux latitudes extrêmes, avec de plus grandes variations de température entre les saisons, ont tendance à évoluer plus rapidement que ceux qui vivent près de l'équateur.
Pour les chercheurs, la coïncidence entre les modèles observés dans le temps et dans l'espace suggère que la variation environnementale peut être une cause directe des changements dans la forme corporelle des oiseaux.
Brian Weeks, professeur associé de science et de gestion des écosystèmes et auteur senior de l'étude, a souligné la valeur des collections de musée et le rôle de l'intelligence artificielle pour étendre leur utilisation scientifique.
“Il devient particulièrement clair à quel point il est important d'investir dans les musées quand on pense à l'échelle d'une analyse comme celle que nous avons faite”, a-t-il affirmé. Et il a ajouté qu'il est difficile d'imaginer ce que penseraient les premiers collectionneurs en apprenant qu'un ordinateur a analysé des photos des spécimens qu'ils avaient réunis il y a des décennies.
Berv a lié les résultats au présent : devant le changement climatique actuel, étudier comment les événements du passé géologique ont impulsé des transitions évolutives est, à son avis, indispensable pour comprendre l'impact à long terme de l'activité humaine sur la Terre.
“Nous ne savons pas ce qui va se passer dans un délai de dix ans, encore moins dans un de 10 millions”, a-t-il averti.