Comment naissent de nouvelles espèces

Un cheval possède 64 chromosomes et un âne 62. Leur mulet en reçoit donc 63 : ce nombre impair explique pourquoi les mulets n'ont presque jamais de petits.

Qu'est-ce qu'une espèce ? Pour les animaux et les plantes à reproduction sexuée, les biologistes utilisent généralement la définition biologique : une espèce regroupe des individus qui se reproduisent, ou peuvent se reproduire, entre eux dans la nature et donner une descendance viable et fertile. L'apparence peut tromper dans les deux sens. Caniches et cockers ne se ressemblent guère, mais des chiens de races différentes peuvent s'accoupler et avoir des chiots qui grandissent et se reproduisent : ils appartiennent donc à une même espèce. Le pygargue à tête blanche et le pygargue vocifère se ressemblent beaucoup, mais forment deux espèces ; un poussin hybride obtenu en laboratoire serait probablement stérile.

Le mulet est le cas classique. Il naît d'une jument et d'un âne. Il hérite de 32 chromosomes de la jument et de 31 de l'âne, soit 63 au total. Pour former les ovules ou les spermatozoïdes, les chromosomes doivent s'aligner par paires correspondantes. Or ceux du cheval et de l'âne s'apparient mal, et l'un reste même sans partenaire. Les cellules sexuelles sont donc généralement incomplètes et les mulets stériles. On a observé de rares mules donnant naissance à un petit, mais chevaux et ânes restent deux espèces distinctes.

Séparés par la géographie

Pour qu'une espèce en devienne deux, ses populations doivent cesser d'échanger des gènes, puis diverger jusqu'à ne plus pouvoir se reproduire entre elles. La voie la plus fréquente est la spéciation allopatrique, dont les racines grecques signifient « autre patrie ». Une rivière change de cours, une vallée s'ouvre ou quelques animaux traversent la mer vers une île sans pouvoir revenir. Une fois séparée, chaque population connaît ses propres mutations, ses événements aléatoires et sa sélection, sous un climat, des ressources et des prédateurs différents. OpenStax décrit la chouette tachetée du Nord et celle du Mexique, dans l'ouest des États-Unis, comme des populations ayant divergé ainsi. L'importance de la barrière dépend de l'animal : une vallée qui arrête une souris ne gêne pas un insecte volant.

D'une espèce à plusieurs

Lorsqu'une espèce occupe de nombreuses niches vacantes, elle peut se diviser à plusieurs reprises : c'est la radiation adaptative. Les archipels y sont propices, car l'eau entre les îles maintient les populations séparées. Les drépanidinés d'Hawaï proviennent d'une seule espèce fondatrice. Ils comprennent aujourd'hui des granivores au bec épais et puissant, des nectarivores au long bec et des insectivores au bec pointu. Les pinsons de Darwin aux Galápagos constituent une autre radiation. Sur Daphne Major, des scientifiques ont suivi pendant 31 ans et six générations un pinson mâle arrivé de l'île Santa Cruz et ses descendants. Dès la deuxième génération, cette famille se comportait comme une espèce distincte des autres pinsons de l'île.

Se séparer au même endroit

La spéciation sympatrique se produit sans aucune barrière physique. Chez les plantes, elle commence souvent par la polyploïdie : une erreur de division cellulaire donne à un individu des jeux complets de chromosomes supplémentaires. Une plante à 2n = 6 qui produit par erreur des gamètes diploïdes peut donner des descendants tétraploïdes à 4n = 12. Ils peuvent se reproduire entre eux, mais pas avec l'espèce parente : une nouvelle espèce peut ainsi apparaître en une ou deux générations. Certaines formes cultivées de blé, de coton et de tabac sont des allopolyploïdes, issues d’une hybridation entre espèces et d’un doublement chromosomique. Chez les animaux, des groupes peuvent aussi se séparer en se nourrissant ou en vivant dans différentes parties d'un même lieu. Dans le lac Apoyeque, au Nicaragua, un lac de cratère vieux d'environ 1800 ans, une population de cichlidés est arrivée il y a seulement 100 ans environ. Deux formes aux corps et aux régimes alimentaires différents y vivent déjà, peut-être au début d'une séparation en deux espèces.

Ce qui maintient les espèces séparées

Les biologistes classent les barrières en deux groupes, selon qu'elles agissent avant ou après la formation du zygote, l'œuf fécondé. Les barrières prézygotiques empêchent l'accouplement ou la fécondation. Deux espèces de grenouilles peuvent se reproduire à des saisons différentes, l'une de janvier à mars, l'autre de mars à mai. Deux espèces de grillons peuvent préférer des sols différents. Les lucioles d'une espèce ne répondent pas aux signaux lumineux d'une autre. Les organes peuvent être incompatibles, et certaines fleurs ne conviennent qu'à un seul type de pollinisateur. Les barrières postzygotiques agissent ensuite : l'embryon hybride peut ne pas se développer, c'est la non-viabilité des hybrides ; ou l'hybride peut grandir mais rester stérile, comme le mulet : c'est la stérilité des hybrides.