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Ce blog fait partie de notre compte à rebours coloré pour la saison des vacances où nous célébrons la diversité et la beauté du monde naturel. Dans cet article, Johnathan Goldenberg de l’Université de Gand dévoile le rôle fascinant de la coloration des écailles dans le contrôle de la température des lézards et ce que cela signifie face au changement climatique.

Jonathan - Test de daltonisme
Testez-vous – pouvez-vous repérer un numéro ? Pour beaucoup, cela peut être une question facile, mais pour les personnes daltoniennes, ce n’est pas le cas. Crédits : Wikipédia Commons Public Domain

La couleur est autour de nous tous les jours, et nous parlons souvent de couleurs comme si tout le monde avait la même expérience que nous. Prenez cette image sur le côté par exemple, voyez-vous un nombre ?

Si c’est le cas, vous n’êtes probablement pas daltonien. En effet, les personnes affectées par une telle déficience visuelle ont une capacité réduite à déterminer les couleurs, en raison de dysfonctionnements des cellules photoréceptrices appelées cônes situés dans la rétine des yeux.

Alors, comment un daltonien et une personne ayant une vision normale des couleurs peuvent-ils s’entendre sur une définition de la couleur ? Après un débat animé, ils conviennent qu’il s’agit d’un attribut perceptif qui dépend du ou des types de récepteurs spectraux et du traitement neuronal. Bien que cette définition règle la question, elle dévoile deux points clés : la coloration dépend 1) du type de récepteur et 2) du traitement neuronal de l’organisme. Comme les animaux ont des récepteurs et des processus neuronaux différents des nôtres, ils perçoivent et vivent probablement leur environnement différemment de nous.

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Daltonisme. Nous tenons souvent pour acquis que nous pouvons tous distinguer les couleurs de la même manière. Heureusement, ces dernières années, les éditeurs ont migré vers des impressions adaptées aux daltoniens, ce qui a considérablement contribué à interpréter correctement les messages et les graphiques parmi tous les lecteurs. Crédits : personnages produits par Warner Bros, texte et mise en page par JG.

La coloration des animaux est utilisée pour des fonctions aussi diverses que la crypsie ou la communication. De plus, la surface colorée elle-même (que ce soit la peau, les plumes, les écailles) peut également servir à des fins thermiques. Cette dernière fonction est exactement mon domaine d’intérêt, où j’explore comment la surface colorée des organismes influence leur écologie et leur évolution à la lumière du changement climatique.

Pour comprendre comment la coloration est liée à la thermorégulation, il est utile de décrire le rayonnement électromagnétique du soleil. Parmi toute sa gamme tombant à la surface de la terre, seules les gammes Ultraviolet (UV : 250-380 nm), Visible humaine (Vis : 380-750 nm) et Proche Infrarouge (Nir : 750-2500 nm) sont principalement responsables du chauffage des surfaces. Ce que nous appelons communément les couleurs n’est donc qu’une petite plage de rayonnement solaire riche en énergie. Les plages au-delà (Nir) et avant (UV) de la Vis sont cachées à nos yeux, mais remplissent toujours des fonctions vitales en contribuant à absorber et à réfléchir le rayonnement solaire entrant.

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Spectre électromagnétique. Ce que nous percevons visuellement, la lumière visible, n’est qu’une petite fraction de l’ensemble du spectre électromagnétique. Crédits : « emspect », Cyberphysique, https://www.cyberphysics.co.uk/topics/light/emspect.htm, [November 11, 2021]

Tout bien considéré, un matériau sombre comme une roche sombre absorbe plus de rayonnement solaire – et donc de chaleur – qu’un matériau brillant. Ceci s’applique également à la surface des animaux, où les pigments et les structures qui produisent la coloration affectent également l’absorption et la réflexion du rayonnement solaire. Dans la plupart des cas, cela est régulé par une classe de macromolécules multifonctionnelles appelées mélanines, qui peuvent finalement affecter la température corporelle des organismes en provoquant un réchauffement plus rapide des individus les plus sombres.

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Flux d’énergie simplifié entre les organismes sombres et lumineux et leur environnement. Le schéma montre que les surfaces plus sombres (riches en mélanine) absorbent plus de chaleur et, vice versa, les surfaces plus claires (pauvres en mélanine) réfléchissent davantage. Dessin de Karen Bisschop. Source : Goldenberg et al. (2021). Adapté de Porter & Gates (1969) et Porter et al. (1973).

La coloration peut ainsi aider les espèces à faire face aux différentes conditions climatiques. Dans l’environnement en évolution rapide dans lequel nous vivons actuellement, comprendre les modèles climatiques entraînant la variation de couleur des organismes est vital car cela permet aux stratèges de la conservation de prendre des mesures préventives en protégeant des espèces ou même des populations présentant des caractéristiques de couleur uniques (pensez au renard arctique avec son été et manteau d’hiver et combien cela est important pour son écologie).

À travers l’arbre de la vie, les chercheurs ont concentré leur attention sur les ectothermes lorsqu’ils étudient l’impact de la coloration sur l’équilibre thermique des individus, car contrairement aux endothermes*, ce groupe d’organismes dépend de leur environnement pour atteindre des températures corporelles optimales. Ainsi, les changements climatiques peuvent imposer de fortes contraintes à leur écologie.

Un grand groupe d’ectothermes qui occupent pratiquement tous les niveaux de la chaîne trophique et jouent un rôle clé dans l’équilibre d’un écosystème sont les squamates (ou reptiles à écailles). Et parmi les squamates, j’ai eu la chance de travailler avec l’un des lézards les plus uniques actuellement vivants : les cordylides d’Afrique du Sud, un groupe endémique d’Afrique australe de 70 espèces qui a évolué au cours des 35 derniers millions d’années. Nous avions initialement prédit que les populations aux écailles plus sombres souffriraient le plus des températures croissantes prévues en raison de leurs taux d’absorption du rayonnement solaire plus élevés.

Pour tester cela, nous avons d’abord acquis des données morphologiques et physiologiques de 12 espèces de cordylidae (272 individus de 26 populations), puis nous avons modélisé leur temps d’activité (notre proxy pour la viabilité) dans des scénarios climatiques futurs. Contrairement à nos attentes, nos résultats suggèrent que les téguments plus sombres de ces espèces seront favorisés sous le réchauffement climatique, et nous pensons que cela est lié à leur environnement actuel relativement froid qui limite probablement leur viabilité.

Cependant, ce n’est pas tout, car le changement climatique entraînera non seulement des températures plus chaudes, mais également une augmentation des fluctuations de température et des conditions météorologiques moins prévisibles. La façon dont les espèces s’adapteront à de telles conditions suscite des opinions contradictoires dans la communauté scientifique, où certains suggèrent que le réchauffement climatique favorisera les lézards aux couleurs vives pour mieux refléter la chaleur, tandis que d’autres suggèrent que les lézards aux couleurs plus foncées seront sélectionnés pour les environnements chauds et humides comme un mécanisme de protection contre les infections microbiennes (la mélanine peut fournir une protection antimicrobienne).

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Variation de couleur des cordylides. À partir de cette série d’images, il est possible d’apprécier les variations de couleur entre les espèces de cordylidae. Certains présentent des téguments colorés (par exemple Pseudocordylus microlepidotus, Cordylus vittifer), d’autres ont une couleur unie (par exemple C. niger). De haut à gauche à droite, en bas à droite, en bas à droite à gauche, centre : C. cordylus (Western Cape), Smaug giganteus (Free State), C. macropholis (Western Cape), C. niger (Western Cape), S vandami (Mpumalanga), P. microlepidotus (Cap oriental), C. vittifer (Mpumalanga). Photos : JG.

Tout cela nous laisse avec la question de savoir si nous pouvons trouver des modèles mondiaux sous lesquels le climat sélectionne pour la coloration. La recherche montre que les espèces réagissent différemment aux pressions environnementales, en raison de trajectoires évolutives uniques qui peuvent finalement influencer le succès de l’adaptation. Bien qu’il soit possible d’identifier des tendances environnementales générales qui sélectionnent des colorations spécifiques, il est probablement préjudiciable d’évaluer l’état de conservation en fonction de celles-ci, car chaque espèce a sa signature évolutive distinctive.

Avec ce blog, j’espère vous avoir fait découvrir le monde caché unique des couleurs, où la thermorégulation est une fonction centrale pour les animaux, en particulier les ectothermes. Non seulement d’un point de vue biologique, comprendre l’architecture et les causes ultimes et immédiates régulant la thermorégulation peut nous fournir de nouveaux outils pour développer des matériaux bio-inspirés pour nous garder au frais. Il s’agit d’une piste d’exploration fascinante qui devrait présenter un intérêt mondial considérable compte tenu de la tendance climatique actuelle. En tant que tel, une autre bonne raison de préserver autant de biodiversité que possible est que nous ne savons jamais d’où pourrait provenir la prochaine découverte bio-inspirée.

Découvrez plus de publications dans le cadre de notre série Color Countdown ici.


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