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Les pinsons de Darwin Les pinsons de Darwin, connus aussi sous le nom de pinsons des Galápagos, font partie de treize espèces différentes que Charles Darwin a observées et capturées lors de son escale de cinq semaines dans l’archipel des Galápagos en 1835. Constituées d’îles océaniques, ce sont les groupes d'animaux et de plantes dotés d’une grande capacité de dispersion qui ont pu s'y développer lorsque les conditions étaient favorables. La conséquence directe de ce phénomène en est une flore et une faune "disharmonique" par comparaison à celles rencontrées sur le continent. "Les vertébrés dominants sont les oiseaux et les reptiles; les mammifères natifs sont très pauvrement représentés, les amphibiens et les poissons d'eau douce étant totalement absents. Chez les insectes, seuls les papillons et les scarabées sont largement représentés. De nombreux groupes d'oiseaux terrestres sont absents de l'archipel." (extrait de "L'archipel des Galápagos" de P. Constant). Cette disharmonie est également présente chez les plantes. Les Galápagos sont aussi le "home" d'organismes que l'on ne trouve nulle part ailleurs comme les iguanes marins et terrestres, les tortues géantes, les merles moqueurs, les mouettes de lave, les pinsons de Darwin, la colombe des Galápagos, le cormoran aptère, l'albatros et le manchot des Galápagos. Ce micro écosystème très particulier est parfois dénommé "Vitrine de l'Evolution". Cet archipel et ses habitants ont eu l'immense privilège de ne pas être colonisé par l'homme. Certes, il y a bien eu des visiteurs amérindiens mais ils n'ont pas laissé de trace d'habitations ou d'autres structures. Les Polynésiens n'ont pas laissé de trace d'un éventuel passage, raison pour laquelle les Galápagos n'appartiennent pas au grand groupe des îles polynésiennes. Après la découverte de l'Amérique par C. Colomb, ces îles ont bien servi de garde mangé pour les marins qui prélevaient les tortues terrestres, de cache à butin par les pirates, de territoire de chasse d'otaries à fourrure par les baleiniers anglais et américains et les tentatives d’occupation permanente ont toutes échouées jusqu'au XXème siècle en raison de l'isolement des îles et leur caractère inhospitalier. Si la nature a déjà été modifiée par ces assauts répétés, les Galápagos ont cependant gardé tout leur unique attrait et mérite encore son nom "d'Iles Magiques Hors du Temps".

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Les pinsons de Darwin

Les pinsons de Darwin, connus aussi sous le nom de pinsons des Galápagos, font partie de treize espèces différentes que Charles Darwin a observées et capturées lors de son escale de cinq semaines dans l’archipel des Galápagos en 1835. Constituées d’îles océaniques, ce sont les groupes d'animaux et de plantes dotés d’une grande capacité de dispersion qui ont pu s'y développer lorsque les conditions étaient favorables. La conséquence directe de ce phénomène en est une flore et une faune "disharmonique" par comparaison à celles rencontrées sur le continent. "Les vertébrés dominants sont les oiseaux et les reptiles; les mammifères natifs sont très pauvrement représentés, les amphibiens et les poissons d'eau douce étant totalement absents. Chez les insectes, seuls les papillons et les scarabées sont largement représentés. De nombreux groupes d'oiseaux terrestres sont absents de l'archipel." (extrait de "L'archipel des Galápagos" de P. Constant). Cette disharmonie est également présente chez les plantes. Les Galápagos sont aussi le "home" d'organismes que l'on ne trouve nulle part ailleurs comme les iguanes marins et terrestres, les tortues géantes, les merles moqueurs, les mouettes de lave, les pinsons de Darwin, la colombe des Galápagos, le cormoran aptère, l'albatros et le manchot des Galápagos. Ce micro écosystème très particulier est parfois dénommé "Vitrine de l'Evolution". Cet archipel et ses habitants ont eu l'immense privilège de ne pas être colonisé par l'homme. Certes, il y a bien eu des visiteurs amérindiens mais ils n'ont pas laissé de trace d'habitations ou d'autres structures. Les Polynésiens n'ont pas laissé de trace d'un éventuel passage, raison pour laquelle les Galápagos n'appartiennent pas au grand groupe des îles polynésiennes. Après la découverte de l'Amérique par C. Colomb, ces îles ont bien servi de garde mangé pour les marins qui prélevaient les tortues terrestres, de cache à butin par les pirates, de territoire de chasse d'otaries à fourrure par les baleiniers anglais et américains et les tentatives d’occupation permanente ont toutes échouées jusqu'au XXème siècle en raison de l'isolement des îles et leur caractère inhospitalier. Si la nature a déjà été modifiée par ces assauts répétés, les Galápagos ont cependant gardé tout leur unique attrait et mérite encore son nom "d'Iles Magiques Hors du Temps".

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L’archipel des Galapagos, un archipel distant de 1000 km du continent sud-américain

L’archipel des Galapagos, un ensemble d’îles volcaniques

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Quelques unes des espèces rencontrées et dessinées par Charles Darwin

De gauche à droite: Geospiza magnirostris, G. fortis, G. parvula, Certhidea Olivacea Les espèces de pinsons recensées aujourd’hui dans l’archipel des Galapagos sont :

- Géospize à bec conique (Geospiza conirostris) - Géospize à bec conique (Geospiza difficilis) - Géospize vampire (Geospiza difficilis septentrionalis) (sous-espèce en cours de spéciation) - Géospize à bec pointu (Geospiza fortis) - Géospize à bec moyen (Geospiza fuliginosa) - Géospize fuligineux (Geospiza magnirostris) - Géospize à gros bec (Geospiza scandens) - Géospize des cactus (Camarhynchus crassirostris) - Géospize crassirostre (Camarhynchus psittacula) - Géospize psittacin (Camarhynchus pauper) - Géospize modeste (Camarhynchus parvulus) - Géospize minuscule (Camarhynchus pallidus) - Géospize pique-bois (Camarhynchus heliobates) - Géospize des mangroves (Certhidea olivacea) - Géospize olive (Pinaroloxias inornata)

Ces oiseaux sont tous de petite taille, entre 10 et 20 cm de longueur. Ce sont de mauvais voiliers. Ils présentent une livrée sombre (brune ou noire) et les différences les plus importantes entre ces espèces portent sur taille et la forme de leurs becs. Dès son retour en Angleterre, lors de la réunion du 4 janvier 1837 de la Société géologique de Londres, Darwin présente avec d'autres spécimens de vertébrés récoltés durant son voyage autour du monde, les pinsons prélevés aux Galapagos,. C'est John Gould (1804-1881), célèbre ornithologue de la Société zoologique de Londres, qui se charge de l'identification et de la classification des spécimens rapportés par Darwin. Gould conclut alors qu'il s'agit là d'un cas rare d'espèces appartenant toutes à un même groupe malgré leurs différences morphologiques apparentes. N'ayant pas pris soin de noter systématiquement le lieu de capture de chaque spécimen, Darwin s’appuie sur les collectes effectuées par les autres membres de l'équipage du Beagle pour retrouver l'origine géographique des différentes espèces.

Source : Banque de schémas SVT de l’Académie de Dijon

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Il prend conscience que les différentes espèces occupent des lieux différents et établit un lien direct entre la végétation et donc le régime alimentaire de chaque espèce et leurs caractéristiques morphologiques, la forme de leur bec notamment.

Source : 99% APE, How evolution adds up, Natural History Museum, 2008 Pour rendre compte des faits établis - distribution géographique d’espèces de pinsons apparentées sur les îles d’un archipel très éloigné du continent et présence de becs aux formes très différentes -, Darwin fournit deux interprétations : l'isolement géographique et la compétition entre individus. L’une et l’autre se révèlent insuffisantes. En revanche, la pression sélective combinée avec l'isolement géographique ont conduit à la fixation des caractères et des différents becs des pinsons... Et donc à la spéciation des différents pinsons !

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Les intuitions de Darwin ont trouvé une confirmation expérimentale inattendue. Sur des œufs de 6 espèces de pinsons du genre Geospiza, Arhat Abzhanov et ses collègues de la Harvard Medical School, Université de Princeton, ont cherché quels facteurs protéiques de croissance étaient exprimés lors du développement facial du crâne des oiseaux (dont Geospiza magnirostris, G. rostris, G. fortis, Certhidea). Sur les dix facteurs protéiques examinés, un seul - le Bmp4 - est corrélé avec la croissance du bec.

Source : 99% APE, How evolution adds up, Natural History Museum, 2008

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Chez les différentes espèces de pinsons, les becs de grande taille ont été corrélés à une expression forte et

précoce du facteur BMP4 (en bleu) dans le mésenchyme présomptif du bec (en gris), durant le développement. Adapté de Grant et Grant, 2002

Source : http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-selection-VIH-pinsons-Darwin.xml

De plus, une variation d'expression en fonction des espèces fut découverte pour ce gène codant la protéine Bmp4. Cela signifie que les espèces aux becs les plus robustes donc celles qui brisent les graines, expriment plus tôt et plus fortement le gène Bmp4 durant leur développement embryonnaire, que les espèces au bec plus fin. Même si d'autres facteurs génétiques interviennent probablement dans les différences entre pinsons, les variations d'expression de Bmp4 sont responsables de la morphologie du bec des pinsons ! On connaît désormais les bases moléculaires de la variation d'un caractère visible. Mais d’où viennent ces pinsons présents dans l’archipel dont on sait que leur différenciation résulte d’un déterminisme génétique ? Selon l'étude "On the Origin of Darwin's Finches" d'Akie Sato, Herbert Tichy, Colm O'hUigin, Peter R. Grant, B. Rosemary Grant et Jan Klein, les pinsons des Galapagos auraient un ancêtre commun qui aurait atteint l'archipel à partir de l'Amérique centrale ou du Sud. Des descendants de cet ancêtre sur l'archipel auraient ensuite colonisé les îles Cocos pour donner naissance au Géospize olive (Pinaroloxias inornata). Les chercheurs ont analysé les séquences de deux segments d'ADN mitochondrial et deux marqueurs nucléaires pour identifier le groupe d'espèces le plus proche des pinsons de Darwin. Dans ce but, ils ont étudié les séquences génétiques de 28 espèces représentatives des principaux groupes de la famille des Fringilles, de deux espèces ne faisant pas partie de cette famille, et de 13 espèces de géospizes. En outre, ils ont pris en compte les séquences d'ADN mitochondrial de 180 autres espèces de

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Fringilles pour essayer de décrire au mieux l'historique de cette grande famille en Amérique centrale et du Sud.

Source: Ornithomedia.com d'après Buffalo Museum of Science

L'étude a identifié le genre Tiaris, et en particulier le Sporophile obscure (Tiaris obscura) comme étant l'espèce la plus proche des pinsons de Darwin parmi les espèces étudiées. Ces derniers ont ainsi divergé du groupe Tiaris après que les différentes espèces de ce groupe aient divergé entre elles. La divergence et la dispersion du groupe Tiaris ont débuté dans le Golf du Mexique et dans les îles des Antilles, puis se sont poursuivies en Amérique centrale et du Sud, d'où les ancêtres des pinsons de Darwin ont colonisé les Galápagos il y a environ 2,3 millions d'années, à une période d'intenses bouleversements climatiques associés à la fermeture de l'Isthme du Panama et à la progression de la glaciation du Pleistocène. Diverses espèces aux becs différents sont apparues par la suite dans les différentes îles, résultat d’une adaptation aux conditions écologiques locales par un mécanisme de sélection naturelle.

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Source : 99% APE, How evolution adds up, Natural History Museum, 2008

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L’histoire géologique de l’archipel des Galápagos nous permet de compléter le scénario élaboré.

Source : 99% APE, How evolution adds up, Natural History Museum, 2008

Les îles de l’archipel des Galápagos sont d'origine volcanique. Elles résultent de l’activité d’un point chaud. Un point chaud terrestre correspond à un point fixe du manteau profond où la température est plus élevée relativement aux autres zones de même profondeur. Les matériaux présents en ces zones se retrouvent moins denses, et l'effet de la poussée d'Archimède provoque la formation d'un diapir mantellique qui remonte sous la forme d'un panache. Ce dernier, s'approchant de la surface de la Terre, commence à fondre par décompression (vers une profondeur de l'ordre de 100 km), générant un magma basaltique qui, dès qu'il est en proportion suffisante, traverse la lithosphère jusqu'à la percer, engendrant la formation de volcans. La dérive des plaques tectoniques entraînant la lithosphère au-dessus des sources profondes fait que le point chaud crée des alignements volcaniques à la surface terrestre.

Source :http://www.geo.cornell.edu/geology/GalapagosWWW/GalapagosGeology.html

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http://www.geo.cornell.edu/geology/GalapagosWWW/GalapagosGeology.html Donc toutes les îles de l’archipel n'ont pas le même âge. La plaque tectonique sur laquelle se trouve l'archipel, la plaque de Nazca, migre lentement (5 cm par an) vers l'est. Le point chaud des Galápagos étant, lui, fixe, les îles qui sont créées avancent vers l'est. La plus ancienne des îles, San Cristobal, est donc à l'est, alors que les plus récentes sont à l'ouest comme Fernandina. L’âge d’Isabella est estimé à 700 000 ans. Bien que très récentes, les îles n'ont pas échappé aux glaciations du Pléistocène au cours desquelles la surface glaciaire pouvait être trois fois supérieure à celle que nous connaissons actuellement (10 % de la surface terrestre) et le niveau des océans 120 mètres plus bas qu’aujourd’hui. Certaines îles étaient alors reliées entre elles, permettant une libre distribution des espèces ! On s’accorde actuellement pour situer l’origine des pinsons des Galapagos à 2,3 millions d’années. L’espèce fondatrice venue d’Amérique du Sud se serait installée dans les îles centrales où se serait produit une diversification. A partir des îles centrales, les migrations par vagues successives ont permis le peuplement des autres îles.

Source : http://people.rit.edu/rhrsbi/GalapagosPages/DarwinFinch2.html

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Common Name Genus species Ground Finches Small Ground Finch Geospiza fuliginosa Medium Ground Finch Geospiza fortis Large Ground Finch Geospiza magnirostris Sharp-beaked ground Finch Geospiza difficilis Cactus Ground Finch Geospiza scandens Large Cactus Ground Finch Geospiza conirostris Tree Finches Small Tree Finch Camarhynchus parvulus Medium Tree Finch Camarhynchus pauper Large Tree Finch Camarhynchus psittacula Woodpecker Finch Cactospiza pallidus Mangrove Finch Cactospiza heliobates Vegetarian Finch Platyspiza crassirostris Warbler Finch Certhidea olivacea

Cocos Island Finch Pinaroloxias inornata Source : http://people.rit.edu/rhrsbi/GalapagosPages/DarwinFinch.html#anchor725315

Source : Banque de schémas SVT de l’Académie de Dijon

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Source : Addison Wesley Longman

L'évolution des pinsons se poursuit en temps réel! Les pinsons des Galápagos étudiés par Charles Darwin il y a plus d'un siècle montrent des signes d'évolution. Les becs de ces oiseaux continuent de présenter des changements de leur forme, une adaptation au manque de nourriture et à la compétition avec de nouvelles espèces. Ces modifications se seraient produites dans un intervalle de deux décennies. Cette modification de phénotype serait la première observée en temps réel dans la nature selon les biologistes de l'université de Princeton qui étudie le cas du Géospize à bec moyen et du Géospize à gros bec sur l'île de Daphné. Le Géospize à bec moyen intéresse les scientifiques depuis Charles Darwin en 1831, la grande diversité des formes de bec étant remarquable chez cette espèce. En 1982, le Géospize à gros bec s'est installé sur Daphné. Avec un poids de 30 grammes, il est presque deux fois plus gros que le Géospize à bec moyen et a facilement pris l'avantage pour s'approprier les graines de Tribulus, leur source principale de nourriture. Ces graines étaient alors présentes en grande quantité sur l'île, mais le problème a commencé en 2003 après une sécheresse qui a provoqué une compétition entre ces espèces.

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En 2004, il y avait environ 150 Géospizes à gros bec et 235 Géospizes à bec moyen, qui ont rapidement épuisé les réserves de graines. Près de 137 Géospizes à gros bec furent victimes de la disette, ainsi que 152 Géospizes à bec moyen. Parmi les Géospizes à bec moyen, ceux possédant un gros bec étaient les plus mal lotis et seuls 13% survécurent, ramenant la taille moyenne des becs à sa limite inférieure: avant la sécheresse la longueur moyenne était de 11,2 mm, en 2005 10,6 mm, soit 5% de baisse. La hauteur du bec diminua aussi de 9,4 mm à 8,6 mm en moyenne. La pression de la sélection aurait ainsi favorisé les petits becs, mieux adaptés aux petites graines de cactus.

Source : http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/XML/db/planetterre/metadata/LOM-selection-VIH-

pinsons-Darwin.xml