Les mutations ont aidé les reptiles à survivre à l’air raréfié et au froid glacial, et même à trouver des lieux de baignade chauds.

Jia-Tang Li sait de première main à quel point la vie peut être difficile sur le plateau tibétain. L’air à 4500 mètres est si ténu que quelques pas suffisent à vous couper le souffle. 

Malgré un froid mordant, le soleil est suffisamment intense pour brûler rapidement la peau. Pourtant, les petits serpents gris-brun que cet herpétologiste de l’Institut de biologie de Chengdu de l’Académie chinoise des sciences étudie prospèrent dans la partie nord du plateau depuis des millions d’années. 

Le serpent des sources chaudes tibétaines, Thermophis baileyi , évite de mourir de froid en traînant autour des piscines géothermiques de la région, se régalant de grenouilles et de petits poissons qui y vivent.

Maintenant, les progrès du séquençage du génome donnent à Li et à d’autres un aperçu plus détaillé de la façon dont le serpent s’est adapté à son environnement extrême. 

Dans des travaux récents, son équipe a identifié des adaptations génétiques qui pourraient aider le serpent à trouver des eaux juste assez chaudes et à résister à la faible teneur en oxygène et au soleil intense. 

L’équipe de Li a également reconstitué l’histoire évolutive du serpent, un travail qui pourrait guider les efforts pour sauver ces reptiles alors qu’ils font face à des menaces toujours plus grandes de la part des humains.

« C’est un endroit assez extrême pour les serpents », explique Sara Ruane, herpétologue au Field Museum. Le travail « montre simplement à quel point les serpents sont adaptables ». Selon Alex Pyron, herpétologue et biologiste de l’évolution à l’Université George Washington : « Pour les reptiles, nous supposons généralement que s’il fait trop froid, il n’y aura pas de serpents ou de lézards. Pas si vite, dit Thermophis !”

Bien que le plateau tibétain compte plus de 100 espèces de serpents, T. baileyi est le seul qui vit à environ 4500 mètres. 

Deux autres serpents des sources chaudes, le serpent des sources chaudes du Sichuan et le serpent des sources chaudes du Shangri-La, vivent à des altitudes plus basses et sont moins dépendants des sources chaudes, explique Song Huang, herpétologue à l’Université normale d’Anhui. 

D’autres serpents, y compris une vipère, existent encore plus haut, « mais la principale différence est qu’ils se trouvent principalement à des altitudes plus basses », explique Anita Malhotra, herpétologue et écologiste moléculaire à l’Université de Bangor.

« Pour les serpents, la température extérieure a une grande influence sur la température corporelle », explique Justin Bernstein, qui étudie l’évolution des serpents à l’Université du Kansas, Lawrence. 

Pour résister à des températures de l’air qui peuvent descendre en dessous de -20°C, les serpents se cachent près des bords des piscines géothermiques atteignant 40°C et hibernent. Mais la chaleur apporte ses propres défis. 

« Être un serpent chaud à haute altitude est un défi physiologique », explique Raymond Huey, écologiste physiologique à l’Université de Washington, Seattle, « car la chaleur augmente le besoin des serpents en oxygène rare. »

Entre 2015 et 2018, Li a dirigé des équipes sur le plateau pour capturer des serpents et prélever du sang ou de petits morceaux de tissu du bout de la queue pour des études de séquençage. 

Parce que les serpents sont rares et généralement actifs uniquement entre 11 h et 15 h – si le soleil est levé – les chercheurs pourraient passer des jours sans en voir un, se souvient Li. 

Leur génome initial et incomplet, publié en 2018, a révélé des mutations dans les gènes qui améliorent la respiration, rendent les globules rouges plus efficaces et font battre le cœur plus puissamment – des changements qui peuvent aider les serpents à faire face à un manque d’oxygène. 

Certains des mêmes gènes ont également changé chez les yaks, les pikas, les mésanges terrestres et d’autres espèces qui vivent à haute altitude, quoique de différentes manières, lui et ses collègues l’ont rapporté plus tard.

Cette étude a également identifié des changements génétiques en réponse à la lumière solaire intense sur le plateau, y compris des modifications des gènes dont les protéines aident à réparer l’ADN endommagé par le rayonnement ultraviolet. 

Des travaux plus récents, rapportés le 3 septembre dans The International Journal of Molecular Sciences , s’appuient sur ces découvertes en montrant qu’au moins deux de ces gènes – ERCC6 et MSH2 – sont également modifiés chez un lézard vivant sur le plateau tibétain et d’autres animaux de haute altitude. .

 « Il semble y avoir un sous-ensemble très prévisible de gènes… impliqués dans l’adaptation à haute altitude », déclare Todd Castoe, biologiste évolutionniste à l’Université du Texas, Arlington.

Un génome plus complet publié le 1er août dans Innovation montre comment les serpents font face à un autre défi : trouver des lieux de baignade confortables mais pas trop chauds. 

L’équipe de Li a comparé les gènes impliqués dans la détection de la température chez les serpents des sources chaudes et d’autres organismes, y compris des serpents tels que les crotales et les pythons qui chassent en détectant la chaleur.

 Ils ont découvert qu’un gène appelé TRPA1 est muté à la fois chez les serpents des sources chaudes et les serpents sensibles à la chaleur.

TRPA1 code un canal ionique qui s’ouvre et se ferme en réponse aux changements de température, déclenchant une cascade de signaux qui peuvent être relayés au cerveau ou à d’autres parties du corps du serpent. 

Chez les crotales et les pythons, les changements apportés à TRPA1 abaissent la température d’activation du canal, améliorant la capacité des serpents à détecter des proies chaudes. 

Chez les serpents des sources chaudes, les tests biochimiques du groupe de Li ont révélé que différents changements apportés à la protéine garantissent que le canal s’ouvre très rapidement et complètement.

Ce que cela signifie pour le serpent n’est pas encore clair, mais Li soupçonne que les changements pourraient l’aider à s’orienter vers la chaleur. 

Dans des expériences comportementales rapportées dans le nouvel article, son groupe a découvert que, étant donné le choix entre une roche froide et une roche chaude, les serpents des sources chaudes choisissaient la roche chaude plus souvent et plus rapidement que deux autres espèces de serpents qui ne vivent pas à hautes altitudes.

« Ces serpents marchent probablement sur une ligne très fine entre ne pas mourir de froid et ne pas bouillir », souligne Castoe. 

La menace de brûlure semble avoir façonné d’autres gènes : le groupe de Li a découvert que les protéines de choc thermique, qui réparent les protéines endommagées par la chaleur, ont subi une évolution accélérée chez les serpents des sources chaudes.

L’histoire du climat a également laissé une marque sur l’ADN des serpents. L’équipe de Li a séquencé les génomes de 58 serpents de sources chaudes tibétains collectés dans 15 endroits s’étendant sur environ 500 kilomètres. 

Les différences d’ADN ont indiqué trois populations distinctes qui coïncident à peu près avec trois régions géothermiques à travers le plateau nord. Le modèle est l’œuvre des périodes glaciaires passées, affirment Li et ses collègues dans le numéro du 7 septembre de Molecular Ecology . 

Le groupe le plus à l’ouest s’est séparé du reste de l’espèce au cours d’une période glaciaire majeure il y a entre un demi et trois quarts de million d’années; puis les populations du centre et de l’est se sont divisées il y a 300 000 ans lorsqu’une autre période glaciaire a dressé une nouvelle barrière de froid, isolant chaque groupe de serpents près de ses sources chaudes.

 « Les sources thermales leur ont permis de traverser les périodes glaciaires », explique Ruane.

L’isolement a également conduit à des adaptations uniques dans chaque groupe. Par exemple, plusieurs gènes pour le traitement du sélénium et pour métaboliser le soufre ont évolué rapidement dans le groupe occidental, peut-être pour faire face à la chimie spécifique des sources chaudes là-bas, suggère Li.

« Même si les trois groupes se mélangent occasionnellement, ils sont suffisamment uniques pour que je considère chacun comme une espèce », déclare Frank Burbrink, herpétologue au Musée américain d’histoire naturelle. (Li et Ruane ne sont pas convaincus qu’ils sont si distincts.) Chacun, pense Burbrink, doit être conservé séparément.

« Pourtant les populations déclinent. Les activités humaines ont sérieusement affecté la survie des serpents des sources chaudes tibétaines », explique Huang, qui a collaboré avec Li sur l’ article sur l’ écologie moléculaire . 

À certains endroits, la construction a détruit des tanières où ces reptiles passent l’hiver. Dans d’autres endroits, le développement a ruiné les zones humides qui servent de pépinières pour les serpents nouvellement éclos

. En mai 2023, Huang et ses collègues espèrent commencer à construire des tanières artificielles de serpents, restaurer les zones humides et clôturer les gens hors de ces endroits sensibles.

Les serpents, semble-t-il, sont parfaitement adaptés à la nature dure, mais pas aux pressions exercées par les humains.  

(Source : Science)