Les moineaux particulièrement adaptés aux marais de la Bay Area perdent leur caractère unique

Pour le bruant des prés de la baie, une sous-espèce qui vit dans les marais salés, l'immigration accrue de ses cousins ​​de l'intérieur des terres au cours du siècle dernier a définitivement été une mauvaise nouvelle.

Une nouvelle analyse génomique des moineaux des prés (Passerculus sandwichensis) provenant de tout l'État – beaucoup d'entre eux ont été collectés dès 1889 et leurs peaux sont conservées au Musée de zoologie des vertébrés de l'Université de Californie à Berkeley – montre qu'au cours des 128 dernières années, l'adaptation du moineau de la région de la Baie au sel l'eau est diminuée par le croisement avec des moineaux intérieurs adaptés à l'eau douce.

Le résultat est des niveaux stables de diversité génétique parmi les moineaux des savanes côtiers du nord et du centre de la Californie, mais une perte des variantes génétiques qui les rendent adaptés aux marais de marée. Cela pourrait affecter la capacité de l'oiseau à survivre dans les marais à marée, où il se nourrit d'eau salée et de crustacés salés, ce à quoi les oiseaux d'eau douce sont mal adaptés.

La découverte surprise, publiée la semaine dernière dans la revue Biologie du changement global, peut s’expliquer en partie par le déclin abrupt des marais côtiers à l’échelle de l’État, qui sont des zones humides soumises à l’afflux d’eau salée de l’océan par les marées. La région de la Baie a connu un déclin de 90 % des marais intertidales depuis les années 1800, ce qui a réduit les populations de bruants des prés à un niveau tel que le croisement avec les immigrants affecte leur adaptation unique à l'eau salée.

“Il semble y avoir des niveaux croissants de flux génétiques depuis l'est de la Californie vers des endroits comme la Bay Area, potentiellement en raison du fait que la population locale devient un puits où les éleveurs locaux ne peuvent pas vraiment produire suffisamment de progéniture pour maintenir une population”, a déclaré Phred Benham, chercheur postdoctoral à l'UC Berkeley et responsable de l'étude. “Il y a donc un afflux d'immigrants d'une autre population. Les migrants pensent que c'est un endroit agréable où séjourner et essaient d'établir un nid, et il y a cette opportunité pour un flux génétique de se produire chez les résidents.”

Ce flux génétique des moineaux adaptés à l'eau douce vers les moineaux adaptés à l'eau salée signifie que les variantes génétiques, ou allèles, qui permettent aux moineaux des marais de marée d'exister dans un environnement riche en sel – en produisant des reins plus gros, par exemple – sont perdues. .

“Les zones intérieures où les prairies restent étendues produisent un grand nombre de ces oiseaux, et ils doivent aller quelque part. La Bay Area est donc une destination”, a déclaré Rauri Bowie, professeur de biologie intégrative à l'UC Berkeley et conservateur des oiseaux au musée. de zoologie des vertébrés (MVZ). “Ils arrivent, mais ils ne sont pas adaptés pour se reproduire dans cet environnement. Ils ne se portent donc pas bien et ils introduisent des allèles inadaptés – des allèles adaptés à l'eau douce dans des populations adaptées à l'eau salée. Et certains de ces allèles côtiers.” Les populations sont en voie de disparition. Si vous allez dans ces habitats, vous voyez beaucoup de moineaux des prés, mais il se passe quelque chose sous le capot qui est beaucoup plus complexe dans ce genre d'environnements spécialisés.

Une sous-espèce particulièrement préoccupante

Avec 17 sous-espèces reconnues dans toute l'Amérique du Nord, les bruants des prés sont monnaie courante, a déclaré Bowie. Mais les rares sous-espèces adaptées à vivre dans les marais salés sont considérées comme menacées. Deux sont présents en Californie, une sous-espèce du nord (P. s. alaudinus)qui est répertorié par l'État comme une « espèce préoccupante », et une sous-espèce méridionale protégée par le gouvernement fédéral appelée le Bruant des savanes de Belding (P. s. beldingi), qui se produit autour de San Diego et de Tijuana, au Mexique.

La bonne nouvelle pour la sous-espèce des marais du nord, a noté Benham, est que les zones humides de marée autour de l'estuaire de la baie de San Francisco sont protégées et en croissance, ce qui pourrait permettre aux populations côtières de Bruants des savanes d'augmenter.

“Il y a d'énormes efforts de restauration des marées en cours dans la région de la Baie, et les moineaux des prés ne sont pas les seuls à en dépendre. L'une des espèces les plus menacées dans la région de la Baie est la souris des moissons des marais salants. Il y a beaucoup d'argent fédéral destiné à protéger leur habitat, ce qui, je pense, bénéficierait en fin de compte aux moineaux des prés”, a-t-il déclaré. “Je pense que ce serait vraiment formidable de revoir ces populations dans 10 ans pour voir si cette tendance se poursuit ou si la restauration des marais de marée a permis aux habitants de rétablir leurs populations et leur domination.”

La surveillance continue des moineaux immigrants, a déclaré Bowie, « donnerait une idée de la poursuite de cet inondation génétique et de la rapidité avec laquelle elle se produit. J'espère qu'à mesure que les marais seront restaurés, cela sera atténué. Mais nous ne le savons pas. “

Benham et Bowie, assistés de Jennifer Walsh du Laboratoire Cornell d'ornithologie de l'Université Cornell à Ithaca, New York, ont entrepris de poser une question évolutive importante : comment la perte d'habitat affecte-t-elle la diversité génétique des animaux qui occupent cet habitat ?

“Nous voulions tester une prédiction très simple, à savoir qu'il existe une réduction de la diversité génétique associée à la perte d'habitat”, a déclaré Benham.

Pour l'analyse génétique, Benham a obtenu des échantillons d'ADN de moineaux des savanes capturés dans tout l'État entre 1889 et 2017. Pour obtenir l'ADN d'échantillons de musée, il a gratté des cellules cutanées sur les coussinets des orteils des oiseaux. À titre de comparaison, il a collecté des échantillons de sang ou de tissus sur des oiseaux vivants qu'il avait rencontrés au cours de la dernière décennie en étudiant les populations de bruants des prés autour de la région de la Baie pour son doctorat. thèse de l'Université du Montana.

À l’aide d’une technique appelée capture d’exome, il a profilé l’ADN de 219 individus et recherché des variations génétiques dans des zones d’ADN précédemment identifiées comme importantes pour l’adaptation à l’eau salée des moineaux des marais. Il avait découvert certaines de ces adaptations en étudiant ces moineaux des savanes. Par exemple, non seulement leurs reins sont plus gros et donc capables d'éliminer plus de sel de l'urée des oiseaux, mais leur peau est moins perméable à l'eau. Pour compenser le recours réduit au refroidissement par évaporation, comme la transpiration, pour évacuer la chaleur, leurs factures sont devenues plus grosses, ce qui permet de perdre davantage de chaleur à cause du sang qui les traverse. Toutes ces adaptations compensent le fait que les oiseaux chanteurs n’ont jamais développé une solution commune aux autres oiseaux de bord de mer : la capacité d’excréter l’excès de sel par les glandes nasales.

Les chercheurs ont découvert que la diversité génétique de la sous-espèce de Californie du Sud, le Bruant des prés de Belding, avait légèrement diminué, mais qu'elle était faible même dans les années 1880.

La diversité génétique de la sous-espèce de Californie du Nord est toutefois restée relativement élevée au cours du siècle dernier, probablement en raison de l'immigration en provenance de sites intérieurs. Mais cette immigration a conduit à des allèles génétiques dans les régions du génome impliquées dans l’adaptation à l’eau salée qui ressemblaient davantage aux allèles trouvés chez les moineaux adaptés à l’eau douce.

Bowie a noté que les résultats portent sur un débat majeur en biologie de la conservation aujourd'hui : est-il sage de renforcer les petites populations consanguines menacées en les croisant avec des populations apparentées. Dans le cas du Bruant des prés, une telle consanguinité a réduit l'adaptation à l'environnement.

“Ici, nous montrons que si le flux génétique se produit à travers ces gradients environnementaux abrupts, cela peut avoir des effets négatifs importants sur la population locale”, a déclaré Benham.

“C'est en fait assez difficile de démontrer les effets de la consanguinité”, a souligné Bowie. “Avoir accès aux séries historiques de spécimens de musée datant d'avant la transformation des marais salants dans la baie pour les comparer avec les oiseaux modernes vous aide à démontrer que la dépression de consanguinité a un effet significatif sur les populations. La diversité génétique semble grande, mais elle masque un effet de dépression de consanguinité.

Les travaux de Benham ont été soutenus par une bourse de recherche postdoctorale en biologie de la National Science Foundation (1812282).