Dans un monde qui se réchauffe, la chaleur interfère avec la détermination du sexe chez ces lézards australiens | La science

Chez certains reptiles, poissons et amphibiens, le sexe d’un embryon en développement est affecté par la température de l’environnement. Madeline Charnier, zoologiste à l’Université de Dakar, au Sénégal, a été la première à découvrir que lorsqu’elle a découvert que la température affectait le sexe des agamas arc-en-ciel, une espèce de lézard subsaharienne, en 1966. Charnier a documenté que les embryons mâles d’agama se développent à 29 degrés Celsius et les femelles se développent lorsque la température est comprise entre 26 et 27 degrés. Depuis lors, les scientifiques ont décrit des cas similaires de détermination du sexe dans l’environnement chez des dizaines d’autres reptiles, ainsi que chez les poissons et les amphibiens – mais précisément la façon dont la température à l’incubation déterminait le sexe d’un embryon restait en grande partie un mystère – jusqu’à présent.

Pour la première fois, des scientifiques ont cartographié les processus moléculaires et génétiques par lesquels la température détermine le sexe – chez les dragons barbus, une espèce de lézard originaire d’Australie. Les scientifiques ont découvert des voies distinctes – l’une purement génétique, l’autre dépendant de la température – qui influencent le sexe des animaux. À des températures plus fraîches, les chromosomes prédominent, activant une séquence de gènes pour former une femelle dragon; à des températures plus chaudes, une série complètement différente de gènes peut annuler le développement partiel du mâle et produire une femelle. Les chercheurs ont également découvert que les deux voies sont apparues pour la première fois il y a longtemps dans l’histoire de l’évolution. La nouvelle découverte a été publiée aujourd’hui dans PLOS Génétique. Tyrone Hayes, professeur de biologie intégrative à l’Université de Californie à Berkeley, qui n’a pas participé à la nouvelle étude, affirme que la découverte aidera les scientifiques à mieux comprendre l’évolution de la détermination du sexe. «Il sera très intéressant d’examiner plus largement ces programmes génétiques et leur fonctionnement à travers les espèces», dit-il.

En règle générale, les chromosomes sexuels déterminent le sexe d’un animal vertébré. Le sexe des mammifères est généralement déterminé par les chromosomes XX ou XY, XX aboutissant généralement à des femelles biologiques. Les chromosomes sexuels des dragons barbus sont ZZ ou ZW. Les mâles portent le chromosome ZZ. Alors que les femmes dont le sexe est déterminé uniquement par les chromosomes sont ZW, celles dont l’influence chromosomique a été annulée par les effets de la température élevée sont appelées «ZZ inversé».

Pour découvrir comment cette dérogation environnementale se joue dans les embryons en développement, Sarah Whiteley et Arthur Georges, biologistes de l’Institut d’écologie appliquée de l’Université de Canberra, ont incubé une série d’œufs de dragon barbu à 28 degrés Celsius et une autre à 36 degrés. Ensuite, ils ont extrait l’ARN messager des embryons en développement et identifié les gènes qui aboutissaient à des femelles ZW ou à des femelles inversées ZZ. Deux voies génétiques distinctes produisent le même résultat final: les lézards femelles et les conditions environnementales déterminent quels gènes font le travail.

Pourquoi une voie dépendant de la température vers un sexe ou un autre évoluerait-elle? Chez les reptiles, une classe d’animaux qui a connu de nombreuses transitions évolutives, la capacité de changer de sexe en réponse à des signaux environnementaux a été conservée à travers diverses espèces, des tortues de mer aux crocodiles, indiquant à la fois qu’elle est apparue au début de leur évolution et qu’elle confère un avantage adaptatif. Pour que quelque chose comme la détermination du sexe dépendant de la température existe, «il doit s’appuyer sur des mécanismes cellulaires vraiment anciens qui sont intrinsèquement sensibles à la température… que toutes les espèces eucaryotes ont», dit Whiteley. Blanche Capel, biologiste cellulaire à l’Université Duke qui n’a pas participé à l’étude, écrit dans un courrier électronique que les scientifiques ont trouvé dans les dragons de nombreux gènes soupçonnés d’être impliqués dans la détermination du sexe en fonction de la température chez d’autres espèces.

Ces mécanismes anciens sont probablement restés là pour une bonne raison, sinon ils auraient été abandonnés à un moment donné de l’évolution. Les chercheurs disent qu’ils peuvent aider des animaux comme les dragons à répondre et à survivre à différentes conditions environnementales. Les dragons barbus, par exemple, vivent dans des climats arides dans lesquels la température et d’autres facteurs environnementaux varient considérablement d’une saison à l’autre. Pour les reptiles vivant dans de tels environnements, nés plus près de la fin de la saison de reproduction, lorsque les températures commencent à baisser, il pourrait être plus avantageux d’être un mâle. C’est parce que les mâles peuvent atteindre une taille leur permettant de s’accoupler avec des femelles dans ce laps de temps, dit George. Les femelles nées tard dans la saison pourraient devoir attendre la prochaine saison de reproduction, lorsque les températures sont plus chaudes, pour réussir à s’accoupler et à produire une progéniture.

«La femelle ne peut pas prédire à l’avance les températures auxquelles ses embryons vont subir une fois qu’ils déposent leurs œufs dans le nid», dit George. «Ils reportent la décision, dans un sens, de savoir s’ils doivent manipuler le sex-ratio… à l’embryon afin qu’il puisse prendre la décision lorsque l’information est disponible quant à ce qu’il y a de mieux, homme ou femme.

À une époque où l’influence de l’activité humaine sur la planète est si importante qu’elle mérite son propre nom d’époque – l’Anthropocène – les animaux dont les processus de développement sont sensibles à des facteurs externes sont particulièrement à risque. L’urgence climatique en cours augmente les températures mondiales, les écosystèmes autrefois vierges sont inondés de polluants et la perte d’habitat est omniprésente. Georges dit que ces menaces pourraient se combiner pour menacer la survie même d’espèces telles que les dragons. Malgré les fluctuations des températures dans le passé, la complexité de l’environnement dans lequel vivaient les dragons leur a ensuite présenté une myriade d’options de nidification qui leur ont permis de persister. «Le problème est que par la modification et la fragmentation de l’habitat, nous réduisons considérablement leur répertoire pour répondre» au changement climatique.

Et les animaux particulièrement sensibles aux facteurs de stress environnementaux, comme les lézards barbus, pourraient subir des rapports de masculinité déséquilibrés, une perte de population et même une extinction en conséquence. «Quand les gens pensent au déclin de la faune, ils pensent aux choses qui tuent directement les animaux», dit Hayes. En 2010, il a découvert que l’atrazine, un pesticide courant, pouvait transformer les grenouilles mâles adultes en femelles. «Si vous avez faussé les sex-ratios en raison de changements climatiques, de produits chimiques perturbant le système endocrinien ou même de la saisonnalité de la reproduction en raison du changement climatique… l’un de ces facteurs pourrait entraîner une perte de population due à une reproduction altérée.»