Recherche en génomique
Une équipe de biologistes évolutionnistes de l’Université de Toronto a montré que les lézards Anolis, ou anoles, sont capables de respirer sous l’eau à l’aide d’une bulle accrochée à leur museau.
Les anoles sont un groupe diversifié de lézards que l’on trouve dans les Amériques tropicales. Certaines anoles sont des spécialistes des cours d’eau, et ces espèces semi-aquatiques plongent fréquemment sous l’eau pour éviter les prédateurs, où elles peuvent rester immergées jusqu’à 18 minutes.
« Nous avons constaté que les anoles semi-aquatiques exhalent de l’air dans une bulle qui s’accroche à leur peau », explique Chris Boccia, récemment diplômé d’une maîtrise en sciences de la Faculté des Arts & Département d’Écologie des sciences & Biologie évolutive (EEB). Boccia est l’auteur principal d’un article décrivant la découverte publié cette semaine dans Current Biology.
« Les lézards ré-inhalent alors l’air », explique Boccia, « une manœuvre que nous avons appelée « ré-inhalation » d’après la technologie de plongée sous-marine. »
Les chercheurs ont mesuré la teneur en oxygène (O2) de l’air dans les bulles et ont constaté qu’elle diminuait avec le temps, confirmant que l’air réinjecté est impliqué dans la respiration.
La régénération a probablement évolué parce que la capacité de rester submergé plus longtemps augmente les chances du lézard d’échapper aux prédateurs.
Les auteurs ont étudié six espèces d’anoles semi-aquatiques et ont constaté que toutes possédaient le trait de régénération, bien que la plupart des espèces soient éloignées. Bien que la réintroduction ait été largement étudiée chez les arthropodes aquatiques comme les coléoptères aquatiques, elle n’était pas attendue chez les lézards en raison des différences physiologiques entre les arthropodes et les vertébrés.
« La réinjection n’a jamais été considérée comme un mécanisme naturel potentiel de respiration sous-marine chez les vertébrés « , explique Luke Mahler, professeur adjoint à l’EEB et directeur de thèse de Boccia. « Mais nos travaux montrent que c’est possible et que les anoles ont déployé cette stratégie à plusieurs reprises chez des espèces qui utilisent des habitats aquatiques. »
Mahler et son co-auteur Richard Glor, de l’Université du Kansas, ont observé pour la première fois la régénération d’anoles en Haïti en 2009, mais n’ont pas pu effectuer d’autres observations ou expériences. Un autre coauteur, Lindsey Swierk, de l’Université de Binghamton, de l’Université d’État de New York, a décrit le même comportement chez une espèce costaricienne en 2019. Ces premières observations suggéraient que le réhydratation était une adaptation à la plongée, mais cette idée n’avait pas été testée jusqu’à présent.
Boccia s’est intéressé aux anoles aquatiques après en avoir rencontré une au Panama. Il a commencé ses recherches de recyclage au Costa Rica en 2017 et a poursuivi ses recherches en Colombie et au Mexique.
Comme le soulignent les auteurs, le trait de régénération peut s’être développé parce que la peau des anoles est hydrophobe – elle repousse l’eau – une caractéristique qui a probablement évolué chez les anoles car elle les protège de la pluie et des parasites. Sous l’eau, les bulles d’air s’accrochent à la peau hydrophobe et la capacité d’exploiter ces bulles pour respirer s’est développée en conséquence.
Bien que des travaux supplémentaires soient nécessaires pour comprendre en détail le fonctionnement du processus, Boccia, Mahler et leurs coauteurs suggèrent différentes façons de fonctionner du rebreathing.
Dans sa forme la plus simple, la bulle d’air sur le museau d’un lézard agit probablement comme une bouteille de plongée, fournissant à un animal immergé un apport d’air en plus de l’air dans ses poumons. C’est ce que font les arthropodes aquatiques comme les coléoptères aquatiques pour prolonger le temps qu’ils peuvent rester submergés.
Les chercheurs suggèrent également que le processus de réapparition peut faciliter l’utilisation de l’air présent dans les voies nasales, la bouche et la trachée d’un lézard qui, autrement, ne serait pas utilisé par le lézard pour respirer.
La bulle peut également aider à débarrasser les déchets de dioxyde de carbone (CO2) de l’air expiré grâce à un processus que d’autres chercheurs ont déjà observé chez les arthropodes aquatiques. Ces études ont conclu que parce que le CO2 est très soluble dans l’eau et que le niveau de CO2 dans les bulles est plus élevé que dans l’eau environnante, le CO2 expiré se dissout dans l’eau environnante plutôt que d’être réintroduit.
Enfin, les auteurs émettent l’hypothèse que la bulle pourrait agir comme une branchie et absorber l’oxygène de l’eau again encore une fois, ce qui est déjà observé chez les arthropodes. Boccia et Mahler prévoient d’autres recherches pour confirmer si ces processus de régénération se produisent avec des anoles.
Selon Mahler, « Ce travail enrichit notre compréhension des façons créatives et inattendues par lesquelles les organismes répondent aux défis posés par leurs environnements. C’est précieux en soi, mais des découvertes comme celle-ci peuvent également être précieuses pour les humains alors que nous cherchons des solutions à nos propres problèmes difficiles. »
« Il est trop tôt pour dire si le recyclage des lézards conduira à des innovations humaines particulières », explique Boccia, « Mais le biomimétisme du recyclage peut être une proposition intéressante pour plusieurs domaines – y compris la technologie de recyclage en plongée sous-marine, qui a motivé notre dénomination de ce phénomène. »
Référence: Boccia CK, Swierk L, Ayala-Varela FP, et al. Évolution répétée de la régénération sous-marine chez les lézards Anolis de plongée. Biologie actuelle. doi: 10.1016 / j. cub.2021.04.040.
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