Les pinsons de Darwin - Sciences de la Vie et de la Terre

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".

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

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

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 !

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

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-VIHpinsons-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

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.

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

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

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

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

L'évolution des pinsons se poursuit en temps réel!
Source : Addison Wesley Longman
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.

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-VIHpinsons-Darwin.xml