Diversification
Grâce à l'étude des gènes des manchots par la biologie moléculaire et la bioinformatique, des reconstructions phylogénétiques ont été réalisées, montrant que le grand empereur et les manchots royaux sont frères de tous les autres manchots existants[2].
Pour faire ceci, les génomes de 18 espèces de manchots existantes (22 individus) ont été séquencés. Cela a été fait en prélevant un échantillon de sang avec l'autorisation des comités d'éthique et de bien-être des lieux où se trouvent les collaborateurs de cette recherche. L'ADN a été isolé à l'aide d'un protocole d'extraction de sel, puis l'ADN génomique a été fragmenté à l'aide d'un ultrasonateur focalisé (de sorte que toutes les séquences d'ADN de tous les manchots soient de la même longueur), le kit TruSeq Nano d'Illumina a été utilisé pour construire des bibliothèques d'extrémités appariées avec cet ADN. Les extrémités ont ensuite été réparées avec un mélange de queue A et d'une enzyme de ligature qui a fixé un adaptateur Illumina pour pouvoir bien détecter l'ADN. L'échantillon a été amplifié et enrichi par PCR, purifié et, grâce à la plateforme HiSeq d'Illumina, les échantillons d'ADN liés aux adaptateurs d'Illumina ont été séquencés[2].
Après avoir cartographié les données de chaque individu, l'ensemble des génomes assemblés a été analysé grâce à des programmes statistiques. De plus, le langage Python a été utilisé pour créer un script qui a permis de paralléliser les valeurs afin de réaliser les arbres phylogénétiques. Grâce à ces arbres, ils ont pu répondre aux problèmes qui ont été proposés[2].
Les manchots passent la plus grande partie de leur vie dans la mer, effectuant souvent de longues plongées à la recherche de nourriture. Ils stockent l'oxygène dans leurs poumons, leur sang et leurs muscles, et leur taux de consommation d'oxygène peut être très faible. Les deux plus grandes espèces de manchots, les manchots empereurs et royaux, peuvent atteindre des profondeurs de plus de 300 m et des durées de plongée maximales de 22 et 8 minutes, respectivement. Les plus petits, à l'exception des manchots à jugulaire, ont tendance à plonger en eau peu profonde (moins de 50 mètres) pendant 1 à 2 minutes. À cet égard, les différences de nucléotides dans la myoglobine entre les groupes d'espèces peuvent être associées à des différences de capacité de plongée[2].
Par exemple, nous avons trouvé plusieurs substitutions non synonymes qui étaient courantes chez les manchots Pygoscelis, Eudyptes et Aptenodytes mais qui différaient entre les genres. Il est possible que ces mutations codent une capacité de fixation de l'oxygène plus élevée, ce qui faciliterait les plongées profondes et prolongées des apténodites et de certaines espèces de manchots Pygoscelis par rapport aux Eudyptes[2].
Les résultats des études suggèrent que l'adaptation par des gènes impliqués dans de multiples voies génétiques interconnectées a augmenté le succès de la recherche de nourriture et la survie des espèces de manchots à travers divers gradients de température et de salinité. Le succès de la recherche de nourriture est associé à la performance reproductive et aussi à la survie pendant les longues périodes de jeûne pendant les soins aux œufs et aux poussins. Prises ensemble, ces adaptations auraient favorisé l'irradiation des espèces de manchots dans tout l'hémisphère sud[2].
Les manchots ont une histoire évolutive remarquable. Leur rayonnement des côtes de la Nouvelle-Zélande et de l'Australie vers d'autres parties de l'hémisphère sud a été facilité par les changements des schémas de circulation globale au cours des 20 derniers millions d'années. Les analyses ont détecté une sélection positive par le biais de divers réseaux génétiques, suggérant que l'adaptation moléculaire a favorisé l'établissement de populations de manchots dans les régions antarctiques et tropicales et a amélioré la capacité de certaines espèces à plonger en profondeur[2].
Les reconstitutions démographiques du dernier million d'années montrent que la plupart des espèces de manchots ont décliné pendant les graves conditions de glace de la dernière période glaciaire dans l'océan Austral, un résultat conforme à celui obtenu pour plusieurs autres espèces d'oiseaux. Cela suggère que les manchots sont originaires de régions où la température maximale à la surface de la mer est de 9°C et se sont diversifiés sur des millions d'années pour occuper les eaux froides de l'Antarctique et les eaux chaudes des tropiques[2].
Il semble donc peu probable que les espèces adaptées localement puissent suivre le rythme du changement climatique rapide d'aujourd'hui, un rythme bien supérieur à celui observé au cours des temps géologiques, d'autant plus que les espèces marines peuvent être plus vulnérables au réchauffement climatique que les espèces test terrestres[2].
Cette vulnérabilité est particulièrement pertinente dans le cas des manchots, comme le montre la récente mortalité massive des poussins de manchots Adélie et la relocalisation des manchots Empereur en réponse aux conditions sous-optimales de la glace de mer[2].
Alors que les études génomiques à grande échelle et les modèles climatiques mondiaux sophistiqués deviennent de plus en plus disponibles, l'application d'approches telles que celles présentées ici est très prometteuse pour fournir de nouvelles informations sur l'histoire de l'évolution et la vulnérabilité climatique de nombreuses espèces parmi les plus énigmatiques du monde[2]