Il y a plus de 60 millions d’années, les manchots ont abandonné le vol pour nager.

Les pingouins sont peut-être mieux connus pour être des oiseaux incapables de voler dont les ailes les aident à « voler » dans les eaux glaciales de l’Antarctique. Mais les pingouins ont perdu leur capacité à voler et sont devenus des nageurs simplifiés il y a environ 60 millions d’années, bien avant la formation de la calotte glaciaire de l’Antarctique – et les chercheurs ont maintenant révélé comment cela s’est produit.

Une nouvelle étude des fossiles de pingouins et des génomes des pingouins actuels et récemment éteints a identifié un éventail d’adaptations génétiques que les oiseaux ont faites pour vivre un mode de vie aquatique; de la vision sensible aux tons bleus sous-marins aux gènes liés à l’oxygénation du sang, et même aux changements de densité osseuse. Ensemble, les résultats suggèrent que les pingouins en tant que groupe se sont adaptés pour survivre à de graves changements environnementaux qui se sont déroulés sur des millions d’années.

De vol à sans vol

Les plus anciens fossiles de manchots datent d’il y a 62 millions d’années, a déclaré le co-auteur de l’étude, Daniel Ksepka, paléontologue au Bruce Museum de Greenwich, Connecticut. À cette époque, les pingouins étaient déjà incapables de voler, bien qu’ils aient l’air très différents des pingouins modernes. Ils avaient des pattes et des becs plus longs, et leurs ailes ressemblaient encore plus à des ailes qu’à des nageoires, a déclaré Ksepka.

« Ces premiers évoluent probablement à partir d’un animal ressemblant à un macareux qui pouvait encore voler dans les airs », a déclaré Ksepka. (Cet ancêtre volant n’a pas encore été découvert dans les archives fossiles, on ne sait donc pas exactement quand les pingouins ont perdu leurs capacités aériennes.)

Au fil du temps, l’évolution a créé une « équipe hétéroclite de personnages de pingouins intéressants », a déclaré Ksepka, des pingouins avec de longs becs en forme de lance aux pingouins à plumes rouges en passant par les oiseaux qui mesuraient un pied ou deux de plus que la plus grande espèce de pingouin d’aujourd’hui, l’empereur, qui mesure environ 1,1 mètre (3 pieds 7 pouces).

Dans l’étude, les chercheurs ont évalué les preuves fossiles aux côtés des génomes de tous les manchots encore vivants et des génomes partiels pour ceux qui se sont éteints au cours des cent dernières années. Les découvertes suggèrent que les pingouins sont originaires de ce qui est aujourd’hui la Nouvelle-Zélande il y a quelque temps avant 60 millions d’années, se sont dispersés en Amérique du Sud et en Antarctique, puis sont revenus en Nouvelle-Zélande. La plupart des espèces vivantes aujourd’hui ont divergé les unes des autres au cours des 2 derniers millions d’années environ, a déclaré Ksepka. Au cours de cette période, la Terre a traversé des cycles de périodes glaciaires et interglaciaires au cours desquelles la glace polaire s’est étendue et s’est retirée. L’avancée des glaces a poussé les manchots vers le nord, coupant probablement certaines populations les unes des autres et leur permettant de suivre leurs propres voies évolutives pendant environ 100 000 ans. Au moment où la glace s’est retirée, les manchots séparés avaient évolué en différentes espèces.

« Cela n’affecte pas toutes les espèces de la même manière, mais c’est presque comme si quelqu’un tournait une manivelle pour créer plus d’espèces de manchots », a déclaré Ksepka.

Adaptations génétiques

Malgré tous les changements qu’ils ont subis, les manchots ont le taux de changement évolutif le plus lent de tous les oiseaux, ont rapporté les chercheurs le 19 juillet dans la revue Nature Communications. C’était surprenant et reste inexpliqué, a déclaré Ksepka. Les animaux plus gros et les animaux qui se reproduisent relativement lentement, comme le font les pingouins, ont tendance à avoir des taux d’évolution plus lents, a-t-il déclaré. Cependant, certains oiseaux plus gros que les pingouins évoluent plus rapidement que les pingouins. D’autres types d’oiseaux qui se reproduisent à un rythme similaire à celui des pingouins évoluent également plus rapidement, donc plus de travail est nécessaire pour comprendre pourquoi les pingouins sont si lents à évoluer, a déclaré Ksepka.

Bien que l’évolution des manchots puisse être relativement lente, elle leur a fourni de nombreuses adaptations pour la vie dans et près de la mer. Ils partagent une suite de gènes avec d’autres oiseaux incapables de voler qui ont probablement raccourci leurs ailes, et ils ont également des gènes uniques qui peuvent avoir transformé de nombreux muscles des ailes des ancêtres des manchots en tendons, ce qui a raidi les ailes des manchots et les a fait ressembler davantage à des nageoires. Les chercheurs ont également découvert des mutations dans les gènes associés au stockage du calcium, qui peuvent contribuer à la densité des os qui aident les pingouins à plonger.

L’évolution a également entraîné de nombreux autres changements, tels que les gènes associés au stockage des graisses et à la régulation de la température. Une découverte intéressante est que les manchots ont perdu plusieurs gènes au début de leur évolution qui étaient liés à la digestion des exosquelettes des crustacés. Cela suggère que les premiers manchots avaient un régime alimentaire centré sur des proies telles que les poissons et les calmars, a déclaré Ksepka. Mais l’expansion des calottes glaciaires a créé un écosystème antarctique riche en krill, qui sont de petits crustacés. Heureusement, les chercheurs ont découvert qu’il restait aux manchots un gène – le gène CHIA – qui leur permettait de digérer encore les crustacés.

« Si ce dernier s’était éteint, ils auraient peut-être eu du mal à digérer [krill] », a déclaré Ksepka.

Environ 75% de toutes les espèces de manchots qui ont jamais vécu sont éteintes, et le changement climatique pourrait s’éteindre encore plus, a averti Ksepka. Cela est particulièrement vrai pour les espèces ayant un mode de vie de niche, comme les manchots empereurs (Aptenodytes forsteri) qui se reproduisent entièrement sur la banquise. Si la glace de mer fond, a déclaré Ksepka, les manchots empereurs pourraient avoir du mal à trouver des lieux de reproduction. À l’autre extrémité du spectre, de minuscules pingouins qui habitent les îles rocheuses des Galapagos vivent si loin des autres terres qu’ils n’ont nulle part où fuir si leur habitat équatorial devient trop chaud.

« Nous pensons vraiment que ces animaux sont sensibles aux changements environnementaux et, dans de nombreux cas, ils sont déjà considérés comme en voie de disparition », a déclaré Ksepka. « Dans d’autres cas, ils pourraient devenir beaucoup plus vulnérables au cours des prochaines décennies. »