Du nouveau sur la phylogénie de l’ours polaire

Publié le 25.05.2010

Deux articles récents font état de vestiges les plus anciens jamais découverts d’un ours polaire. Il s’agit en l’occurrence d’une mâchoire, datant du Pléistocène supérieur, dont l’ADN nous renseigne sur l’origine pour autant relativement récente de cette espèce qui se serait ainsi très rapidement adaptée à l’environnement arctique.

L’ours blanc ou ours polaire (Ursus maritimus), plus grand carnivore terrestre actuel, peut dépasser 800 kg (pour le mâle) et même atteindre plus d’une tonne pour certains spécimens de Sibérie. Prédateur redoutable, très à l’aise dans l’eau et particulièrement bien adapté au froid grâce à sa fourrure doublée d’une épaisse couche de graisse, il peut allègrement supporter des températures de -40 °C ou plus basses encore. Etant donné qu’il se nourrit presque exclusivement de phoques, son habitat est quasiment restreint aux glaces de la banquise dont il dépend intrinséquement. On le rencontre ainsi dans tout l’Arctique. Cependant, depuis quelques décennies, ses populations connaissent un déclin à mettre en rapport, du moins pour partie, avec l’amplification de la fonte de la banquise estivale sous l’effet du réchauffement climatique [1].

 Mais d’où vient-il ?

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Ours blanc du Spitzberg
Photo : M. de Jong-Lantink - Certains droits réservés - Licence Creative Commons

Ses origines ont fait l’objet de plusieurs hypothèses mais des études génétiques récentes ouvrent de nouvelles perspectives. De nos jours, il est communément admis que l’ancêtre des ours (Hémicyon) serait apparu il y a 20 ou 25 millions d’années (au Miocène inférieur) et que cet animal, originaire d’Asie, a progressivement peuplé l’ensemble de l’Eurasie. Ses évolutions successives vont engendrer l’ours étrusque (Ursus etruscus) qui vivait au Villafranchien il y a 2 millions d’années, ainsi que l’ours de Deninger (Ursus deningeri), découvert en Europe dans bon nombre de gisements du Pléistocène moyen. Ce dernier serait à son tour l’ascendant du célèbre ours des cavernes (Ursus spelaeus), dont les premières traces remontent à environ 1 million d’années et dont la disparition, aux alentours de -12 000 ans, coïncide approximativement avec la fin de la dernière glaciation (voir par exemple le document pédagogique sur les ours des grottes d’Azé, ainsi que le communiqué de presse du CNRS à propos des ours de la grotte Chauvet). L’ours de Deninger serait également l’ascendant de l’ours brun tel que nous le connaissons encore aujourd’hui (Ursus arctos), apparu aux environs de -700 000 ans. Selon ce schéma, l’ours polaire, le plus "jeune", proviendrait de populations d’ours bruns qui se seraient retrouvées isolées dans des enclaves en bord de mer, après qu’il se soit adapté aux conditions du Grand Nord. Sous la pression environnementale, il (re)devint en particulier exclusivement carnivore en raison de l’absence de végétation. Outre le fait qu’il se soit puissamment armé contre le froid, sa tête et son corps se sont allongés et ses pattes sont devenues légèrement palmées afin de se mouvoir avec plus d’agilité dans l’eau [2]. Ses dernières se sont également recouvertes de poils drus pour mieux adhérer à la glace. Ainsi "chaussées" de fourrure épaisse, elles lui permettent dorénavant de se déplacer et de chasser sans bruit, à l’affût, tout en demeurant au chaud.

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Une ourse et son ourson
Source : BoolSite

Des études de comparaison de l’ADN entreprises depuis une quinzaine d’années (phylogénie [3] moléculaire à partir du séquençage de l’ADN mitochondrial) ont montré que certaines populations actuelles d’ours bruns de l’Alaska ont un ancêtre commun avec l’ours blanc plus récent comparativement à des populations d’ours bruns en provenance d’autres régions. Cela tend à prouver que les origines de l’ours polaire sont plus complexes qu’on ne l’imaginait. En l’occurrence, définir l’ensemble des ours bruns en tant qu’entité génétique séparée des ours blancs ne serait plus pertinent. A fortiori depuis que l’on sait qu’ils sont interféconds, plusieurs tentatives d’hybridation ayant eu lieu en captivité et ayant donné naissance à des oursons hybrides viables et fertiles [4], preuve de l’étroite parenté entre les deux espèces (ou sous-espèces ?). A moins qu’il ne s’agisse d’une seule et même espèce si l’on s’en tient à la définition classique de cette notion, qui fait en particulier référence à la capacité d’obtenir une descendance normalement fertile. En tout état de cause, bien qu’il semble ne faire aucun doute qu’ours brun et ours blanc aient un ancêtre commun proche, aucun des deux ne peut survivre dans la niche écologique de l’autre, ce qui, en plus d’une morphologie, d’une alimentation, d’un métabolisme et d’un comportement social différents, constitue un argument sérieux en faveur du maintien de la distinction entre les deux espèces. Nous serions dès lors en présence d’une spéciation [5] en cours que d’aucuns qualifient d’assez avancée.

 Les fossiles, un témoignage fragile

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Squelette fossilisé d’un ours des cavernes du Pléistocène supérieur
Source : Musée de l’ours des cavernes d’Entremont-le-Vieux Photo 123Savoie

Sur le plan paléontologique, on dispose de peu de données quant à l’évolution de l’ours polaire dans la mesure où les fossiles sont particulièrement rares. En effet, hormis la mâchoire récemment découverte dont il est question ici et dont on estime qu’elle pourrait remonter à la dernière période interglaciaire (voir ci-après), les fossiles de cette espèce nordique se résument pour ainsi dire à quelques restes seulement : un crâne retrouvé dans une caverne en Ecosse, qui daterait d’environ -19 000 ans, au plus fort de la dernière glaciation, ainsi que des vestiges plus récents en provenance du Canada, du Groenland ou de Scandinavie, dont les âges se situent en majorité entre -13 000 et -1 000 ans. Quelques publications font mention de datations remontant à -70 000 ans pour des fossiles de Norvège. Des recherches archéologiques ont par ailleurs montré que les premiers habitants d’un site mésolithique de l’île de Zhokov, en Sibérie, dépendaient étroitement de l’ours blanc en tant que moyen de subsistance, entre -9 000 et -8 000 ans. Cette rareté des fossiles s’explique par le fait que l’animal meurt généralement sur la glace (n’oublions pas qu’il vit presque exclusivement sur la banquise), sa carcasse coulant au fond de l’océan lorsqu’il en reste quelque chose après le passage des charognards, ce qui la rend inaccessible et compromet le processus de fossilisation.

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Echelle du Quaternaire montrant la succession de périodes glaciaires et interglaciaires (les âges sont exprimés en millions d’années = Ma)
Un agrandissement de cette illustration est visible sur le site de la Lithothèque de Normandie

On conçoit donc aisément que toute nouvelle découverte soit d’importance et c’est dans ce contexte qu’une équipe de géologues norvégiens a eu le privilège d’exhumer une mandibule d’ours polaire (mâchoire gauche) dans des sédiments marins quaternaires d’une île de l’archipel du Svalbard (Prins Karls Forland). Ayant daté cette mâchoire indirectement de par sa position au sein de la succession sédimentaire (elle-même datée assez précisemment par luminescence), les auteurs considèrent qu’elle pourrait remonter à l’Eemien, soit l’interglaciaire Riss-Würm. Son âge se situerait entre -130 000 et -110 000 ans, ce qui en fait le plus ancien fossile d’ours blanc découvert à ce jour. Du point de vue de la morphologie et de la morphométrie, notamment des dents, et par comparaison avec une cinquantaine d’ours blancs actuels du Svalbard (victimes de la chasse dans les années soixante et conservés au Museum d’histoire naturelle d’Oslo), il s’agirait d’un mâle adulte dont les caractéristiques ne diffèrent sensiblement pas de celles d’individus contemporains. On peut en déduire qu’il n’y a pas eu réellement d’évolution de la taille de l’ours polaire au cours du Quaternaire supérieur.

 L’apport de la génétique

C’est cette même mandibule qui vient de faire l’objet d’une extraction et d’une analyse de son ADN selon les travaux d’une équipe internationale de chercheurs américains, norvégiens et islandais. Jusqu’à présent, des études de l’ADN mitochondrial [6] provenant d’ursidés actuels avaient conduit à situer l’âge de la différenciation entre ours brun et ours blanc (notion d’horloge moléculaire [7]) dans une fourchette relativement large, entre environ -1 million d’années et -100 000 ans, les âges les plus anciens ne faisant cependant pas l’unanimité. Des travaux plus récents amenèrent à envisager un âge compris entre -250 000 et -200 000 ans. Utilisant les toutes dernières technologies en matière de séquençage, les présentes analyses, sur matériel fossilisé (la canine de la mâchoire en question), couplées à des comparaisons avec les génomes d’individus modernes, ont permis de placer cette divergence aux alentours de -150 000 ans, divergence somme toute très récente à l’échelle des temps géologiques, y compris du Quaternaire (voir l’échelle chronostratigraphique ci-dessus). L’ours blanc est donc bien une espèce jeune sur le plan évolutif !

Parallèlement à l’ADN [8], les scientifiques ont également analysé les isotopes stables du carbone et de l’azote à partir de la même dent, afin d’obtenir une idée précise du régime alimentaire de cet ours fossile. Ils montrent que celui-ci, au même titre que l’ours polaire actuel, avait bien un régime exclusivement marin ou presque, distinct de celui des ours bruns, modernes et anciens. Il se situait donc dès cette époque, comme encore actuellement, au sommet de la chaîne alimentaire marine arctique.

 L’ours polaire résistera-t-il au réchauffement climatique actuel ?

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Reliquat de banquise...
Source : Images d’animaux insolites, Koreus

Ces résultats, tant phylogénétiques qu’isotopiques, permettent de supposer que l’ours polaire s’est sans doute très rapidement adapté aux conditions arctiques durant le Pléistocène supérieur, les auteurs qualifiant le phénomène d’opportunisme évolutif. Cette évolution serait intervenue durant ou un peu avant le changement climatique ayant préludé au dernier interglaciaire (passage de la période glaciaire du Riss à l’interglaciaire Riss-Würm), à la faveur de nouveaux habitats et de nouvelles sources de nourriture. Cela signifie, par ailleurs, que l’ours polaire a survécu dans le passé à une période chaude et même plus chaude qu’actuellement puisque le dernier interglaciaire est considéré comme ayant été généralement plus chaud que l’Holocène, notre interglaciaire actuel. Les auteurs en déduisent qu’ainsi le Svalbard a pu jouer à l’époque le rôle de zone refuge, ayant permis à l’espèce de survivre à ce premier réchauffement.

In fine, force est de constater que l’homme n’est pas le dernier venu sur Terre. Ours brun et ours blanc sont apparus plus récemment que lui. Ainsi doué d’étonnantes capacités d’adaptation, l’ours polaire serait-il susceptible de néanmoins disparaître avant que sa spéciation ne s’achève ? A moins qu’il ne "rebondisse" à nouveau en traversant le présent réchauffement climatique, en dépit du rythme accéléré de ce dernier...

Note : Cet article a été traduit en italien par Cesare CENSI, rédacteur de la revue Il Polo éditée par l’Istituto Geografico Polare "Silvio Zavatti" (Institut géographique polaire de Fermo, en Italie) et a été publié en 2010.

Gilles BANZET (2010). Ancora sulla filogenesi dell’orso polare. Il Polo, LXV (4), 43-52.

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Gilles Banzet, INIST-CNRS

[1]Depuis 2006, l’ours blanc est sur la liste rouge des espèces menacées dressée par l’Union internationale pour la conservation de la nature (UICN). L’espèce est en effet classée vulnérable car confrontée à un haut risque d’extinction à l’état sauvage. Ayant failli disparaître en raison d’une chasse trop intensive, il se pourrait qu’elle ne survive à la dégradation de son habitat du fait de la réduction des glaces de la banquise (voir l’article Menaces sur l’habitat de l’ours polaire). Situé au sommet de la chaîne alimentaire marine arctique, il a été démontré que l’ours polaire était également victime d’accumulations de polluants de toxicité prononcée (voir les articles Variation des concentrations de polluants chez l’ours blanc du Groenland et L’ours blanc contaminé par le mercure).

[2]Une des adaptations les plus remarquables de l’ours polaire est bien son exceptionnel talent de nageur (d’où son nom d’U. maritimus). On a pu observer des individus nageant à plus de 300 km des côtes, ce qui s’explique par le fait qu’ils peuvent se reposer, voire dormir tout en étant dans l’eau. En se propulsant à l’aide de ses pattes antérieures, l’animal peut atteindre une vitesse de 8 km/h. Au besoin, il est capable de plonger et de nager en restant immergé durant plusieurs minutes, bloquant ses narines à la manière d’un phoque.

[3]La phylogénie correspond à l’étude de la formation et de l’évolution des organismes vivants en vue d’établir leur parenté (voir la rubrique Phylogénie dans Wikipédia).

[4]En dehors des hybrides obtenus en captivité, plusieurs cas d’hybridation ont été resencés après qu’ils se soient produits dans la nature, notamment au Canada. Issus du croisement entre ours polaire et ours brun de type grizzli, les hybrides ainsi créés sont appelés pizzlis ou grolars et sont eux-mêmes fertiles, donc capables de se reproduire. Un exemple en particulier vient d’être mis en évidence grâce à l’ADN. Il s’agit d’un ours récemment tué par un chasseur Inuit, correspondant à un hybride de seconde génération en ce sens qu’il est né d’une ourse elle-même hybride (déjà issue du croisement entre un ours polaire et un grizzly), qui s’est à son tour accouplée avec un grizzly. Premier cas détecté d’hybridation de seconde génération, l’animal portait la fourrure blanche de l’ours polaire, mis à part les pattes qui étaient de couleur marron. Il avait également conservé la large face et les longues griffes de l’ours brun. On interprète de telles hybridations comme étant une conséquence du réchauffement climatique qui pousse les ours bruns à remonter davantage vers le Nord, venant ainsi empiéter sur le territoire habituel des ours polaires. Il est donc vraisemblable que ce type d’hybridation devienne de plus en plus fréquent dans l’avenir (voir l’article Pizzlis et Grolars paru dans Slate).

[5]La spéciation, au sens biologique, est le mécanisme selon lequel se différencient les espèces vivantes (voir la rubrique Spéciation dans Wikipédia).

[6]En génétique, le séquençage correspond à la détermination de la séquence des gènes, voire des chromosomes ou du génome complet, ce qui techniquement revient à effectuer le séquençage de l’ADN constituant ces gènes ou ces chromosomes (le séquençage de l’ADN consiste à déterminer l’ordre d’enchaînement des nucléotides d’un fragment d’ADN donné). Comme son nom l’indique, l’ADN mitochondrial est une petite molécule d’ADN, de forme circulaire, retrouvée à l’intérieur des mitochondries, ces organites présents dans le cytoplasme des cellules. Véritables centrales énergétiques de la cellule, elles sont à l’origine de la respiration cellulaire. L’intérêt des mitochondries provient du fait qu’elles sont uniquement transmises par la mère, l’ADN mitochondrial permettant ainsi d’analyser la diversité génétique des êtres vivants et de suivre leurs populations (reconstitution de lignées maternelles) en comparant le degré de similarité de leurs ADN. D’où la notion de phylogénie moléculaire (phylogénie par comparaison de gènes).

[7]Avec un taux de mutations régulier et plutôt élevé, l’ADN mitochondrial est un bon exemple d’horloge moléculaire, terme consacré pour désigner le moyen de repérer les divergences qui surviennent au sein de lignées d’organismes durant leur évolution, conduisant à l’apparition de nouvelles espèces. Fondée sur la fréquence des mutations (plus précisemment sur le taux d’accumulation des mutations), la méthode permet de dater la divergence entre deux espèces en comparant leur diversité moléculaire. L’ADN mitochondrial se prête particulièrement bien à la phylogénie de lignées récentes mais cela implique que les techniques mises en oeuvre, souvent délicates, le soient de façon rigoureuse en raison notamment de précautions opératoires indispensables afin de garantir que l’ADN extrait ne puisse provenir d’une contamination.

[8]Pour l’anecdote, le séquençage de ce génome mitochondrial fait de cet ours polaire fossile le plus ancien mammifère actuellement séquencé, sachant qu’il est environ deux fois plus ancien que le plus vieux mammouth ayant été séquencé à ce jour.

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