Un échantillon de la diversité des serpents. Dans le sens horaire à partir du coin supérieur gauche : boa arc-en-ciel (Epicrates cenchria), crédit image Pascal Title, UM Museum of Zoology ; Serpent arboricole du bassin amazonien (Imantodes lentiferus), crédit image Pascal Title, UM Museum of Zoology; serpent ver de l’ouest (Carphophis vermis), crédit image Alison Rabosky, UM Museum of Zoology; Pitviper forestier à deux rayures (Bothrops bilineatus), crédit d’image Dan Rabosky, UM Museum of Zoology; serpent perroquet (Leptophis ahaetulla), crédit image Ivan Prates, UM Museum of Zoology; et anaconda vert (Eunectes murinus), crédit image Dan Rabosky, UM Museum of Zoology. Ces espèces présentent une variabilité considérable dans leur régime alimentaire, allant des prédateurs généralistes sur les vertébrés (boa arc-en-ciel, anaconda) aux espèces spécialisées dans les lézards endormis (serpent arboricole), les vers de terre (serpent ver) et les rainettes (serpent perroquet).
Les serpents modernes ont évolué à partir d’ancêtres qui vivaient côte à côte avec les dinosaures et qui se nourrissaient probablement principalement d’insectes et de lézards.
Puis un astéroïde de plusieurs kilomètres de large a anéanti presque tous les dinosaures et environ les trois quarts des espèces végétales et animales de la planète il y a 66 millions d’années, ouvrant la voie à la diversification spectaculaire des mammifères et des oiseaux qui a suivi au début du Cénozoïque.
Une nouvelle étude de l’Université du Michigan montre que les premiers serpents ont profité de cette opportunité écologique et de l’assortiment qu’elle a présenté, en évoluant rapidement et à plusieurs reprises de nouvelles adaptations alimentaires et préférences en matière de proies.
Un serpent arboricole à tête émoussée (Imantodes inornatus) se frayant un chemin à travers un lot d’œufs de rainette. Crédit : John David Curlis, Musée de zoologie de l’Université du Michigan.
L’étude, qui combine des preuves génétiques avec des informations écologiques extraites de spécimens de musée préservés, a été publiée le 14 octobre 2021 dans la revue PLOS Biologie.
“Nous avons découvert une importante diversification alimentaire des serpents après l’extinction des dinosaures – les espèces évoluaient rapidement et acquéraient rapidement la capacité de manger de nouveaux types de proies”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Michael Grundler, qui a effectué les travaux de sa thèse de doctorat à l’UM et qui est maintenant chercheur postdoctoral à l’UCLA.
Les mammifères et les oiseaux, qui se diversifiaient également à la suite de l’extinction, ont commencé à apparaître dans l’alimentation des serpents à cette époque. Des régimes alimentaires spécialisés sont également apparus, tels que les serpents qui se nourrissent uniquement de limaces ou d’escargots, ou les serpents qui ne mangent que des œufs de lézard.
Un faux boa (Pseudoboa nigra) mangeant un lézard de lave (Tropidurus hispidus). Crédit : Ivan Prates, Musée de zoologie de l’Université du Michigan
Des explosions similaires de diversification alimentaire ont également été observées lorsque les serpents sont arrivés dans de nouveaux endroits, comme lorsqu’ils ont colonisé le Nouveau Monde.
“Ce que cela suggère, c’est que les serpents profitent des opportunités dans les écosystèmes”, a déclaré le biologiste évolutionniste et co-auteur de l’étude de l’UM, Daniel Rabosky, qui était le conseiller doctoral de Grundler. “Parfois, ces opportunités sont créées par des extinctions et parfois elles sont causées par un ancien serpent se dispersant vers une nouvelle masse terrestre.”
Radiographie d’un serpent de mer à grosse tête (Hydrophis annandalei) montrant une proie (poisson) dans son estomac. Le crâne de poisson est visible dans la cage thoracique du serpent au centre à droite de l’image. Spécimen de serpent du Musée de zoologie de U-M. Crédit : Jenna Crowe-Riddell / Randy Singer, Musée de zoologie de l’Université du Michigan
Ces changements transformationnels répétés dans l’écologie alimentaire ont été des moteurs importants de ce que les biologistes de l’évolution appellent le rayonnement adaptatif, le développement d’une variété de nouvelles formes adaptées à différents habitats et modes de vie, selon Grundler et Rabosky.
Les serpents modernes sont d’une diversité impressionnante, avec plus de 3 700 espèces dans le monde. Et ils affichent une étonnante variété de régimes alimentaires, des minuscules serpents de la litière de feuilles qui se nourrissent uniquement d’invertébrés tels que les fourmis et les vers de terre aux constricteurs géants comme les boas et les pythons qui mangent des mammifères aussi gros que des antilopes.
Alors, comment les reptiles sans pattes qui ne peuvent pas mâcher sont-ils devenus des prédateurs si importants sur terre et sur mer ? Pour le savoir, Grundler et Rabosky ont d’abord rassemblé un ensemble de données sur le régime alimentaire de 882 espèces de serpents modernes.
La tomodensitométrie d’un serpent aux yeux de chat (Leptodeira septentrionalis) révèle une grenouille (squelette bleu) dans son tube digestif. Spécimen de serpent du Musée de zoologie de U-M. Crédit : Ramon Nagesan, Musée de zoologie de l’Université du Michigan
L’ensemble de données comprend plus de 34 000 observations directes du régime alimentaire des serpents, à partir de comptes rendus publiés de rencontres de scientifiques avec des serpents sur le terrain et de l’analyse du contenu de l’estomac de spécimens de musée conservés. Beaucoup de ces spécimens provenaient du musée de zoologie de l’UM, qui abrite la deuxième plus grande collection de reptiles et d’amphibiens au monde.
Toutes les espèces vivant aujourd’hui descendent d’autres espèces qui vivaient dans le passé. Mais parce que les fossiles de serpents sont rares, l’observation directe des anciens ancêtres des serpents modernes – et les relations évolutives entre eux – est pour la plupart cachée.
Serpent aux yeux de chat (Leptodeira semiannulata) en Amazonie péruvienne. Crédit : Dan Rabosky, Musée du zoolog de l’Université du Michigan
Cependant, ces relations sont préservées dans le ADN de serpents vivants. Les biologistes peuvent extraire cette information génétique et l’utiliser pour construire des arbres généalogiques, que les biologistes appellent phylogénies.
Grundler et Rabosky ont fusionné leur ensemble de données alimentaires avec des données phylogénétiques de serpent précédemment publiées dans un nouveau modèle mathématique qui leur a permis de déduire à quoi ressemblaient les espèces de serpents éteintes depuis longtemps.
Un serpent de vigne vert (Oxybelis fulgidus) au Brésil. Cette espèce légèrement venimeuse est connue pour manger des grenouilles, des lézards et des oiseaux. Crédit : Ivan Prates, Musée de zoologie de l’Université du Michigan
“Vous pourriez penser qu’il serait impossible de savoir des choses sur les espèces qui ont vécu il y a longtemps et pour lesquelles nous n’avons aucune information sur les fossiles”, a déclaré Rabosky, professeur agrégé au département d’écologie et de biologie évolutive de l’UM et conservateur associé au Museum of Zoologie.
“Mais à condition que nous disposions d’informations sur les relations évolutives et de données sur les espèces qui vivent maintenant, nous pouvons utiliser ces modèles sophistiqués pour estimer à quoi ressemblaient leurs ancêtres d’il y a longtemps.”
Un boa émeraude (Corallus batesii) dans la forêt amazonienne, un prédateur spécialisé de petits mammifères. Crédit : Dan Rabosky, Musée de zoologie de l’Université du Michigan
En plus de montrer un élan majeur de diversification alimentaire des serpents après la disparition des dinosaures lors de ce qu’on appelle l’extinction de masse K-Pg, la nouvelle étude a révélé des changements alimentaires explosifs similaires lorsque des groupes de serpents colonisaient de nouveaux endroits.
Par exemple, certains des taux de changement alimentaire les plus rapides, y compris une augmentation d’environ 200 % pour une sous-famille, se sont produits lorsque la superfamille de serpents Colubroidea est arrivée dans le Nouveau Monde.
Les colubroids représentent la majeure partie de la diversité actuelle des serpents dans le monde, avec des représentants trouvés sur tous les continents, à l’exception de l’Antarctique. Ils comprennent tous les serpents venimeux et la plupart des autres serpents familiers ; le groupe n’inclut pas les boas, les pythons et plusieurs serpents obscurs tels que les serpents aveugles et les serpents pipe.
Le serpent tuyau américain (Anilius scytale) est inoffensif mais est souvent confondu avec des serpents corail dangereusement venimeux. Cette espèce est un prédateur spécialisé des vertébrés allongés, tels que les serpents, les lézards sans pattes et les amphibiens sans pattes (céciliens). Crédit : Dan Rabosky, Musée de zoologie de l’Université du Michigan
Grundler et Rabosky ont également découvert une énorme variabilité dans la vitesse à laquelle les serpents évoluent vers de nouveaux régimes. Certains groupes, comme les serpents aveugles, ont évolué plus lentement et ont maintenu des régimes alimentaires similaires, principalement des fourmis et des larves de termites, pendant des dizaines de millions d’années.
À l’autre extrême se trouvent les serpents dipsadines, une grande sous-famille de serpents colubroides qui comprend plus de 700 espèces. Depuis leur arrivée dans le Nouveau Monde il y a environ 20 millions d’années, ils ont connu une explosion soutenue de diversification alimentaire, selon la nouvelle étude.
Les dipsadines comprennent des mangeurs de goo, des faux cobras d’eau, des serpents des flammes de la forêt et des couleuvres à gros nez. Beaucoup d’entre eux imitent des serpents corail mortels pour éloigner les prédateurs et sont connus localement sous le nom de faux serpents corail.
Le serpent tuyau américain (Anilius scytale) est inoffensif mais est souvent confondu avec des serpents corail dangereusement venimeux. Cette espèce est un prédateur spécialisé des vertébrés allongés, tels que les serpents, les lézards sans pattes et les amphibiens sans pattes (céciliens). Crédit : Dan Rabosky, Musée de zoologie de l’Université du Michigan
“En un laps de temps relativement court, des espèces ont évolué pour se spécialiser sur les vers de terre, les poissons, les grenouilles, les limaces, les anguilles ressemblant à des serpents, voire d’autres serpents eux-mêmes”, a déclaré Grundler.
« Beaucoup d’histoires de réussite évolutive qui figurent dans les manuels, comme les célèbres pinsons de Darwin, sont loin d’être aussi impressionnantes que certains groupes de serpents. Les dipsadines d’Amérique du Sud et d’Amérique centrale viennent d’exploser dans tous les aspects de leur diversité, et pourtant elles sont presque totalement inconnues en dehors de la communauté des biologistes des serpents.
Rabosky et Grundler ont souligné que leur étude n’aurait pas pu être menée sans les informations glanées à partir de spécimens de musée préservés.
“Certaines personnes pensent que les collections de zoologie ne sont que des entrepôts pour les animaux morts, mais ce stéréotype est complètement inexact”, a déclaré Rabosky. « Nos résultats soulignent à quel point ces collections sont une ressource formidable et de classe mondiale pour répondre à des questions auxquelles il est presque impossible de répondre autrement. »
Référence : « Augmentation rapide de la diversité et de la complexité du régime alimentaire des serpents après la fin deCrétacé extinction de masse » par Michael C. Grundler et Daniel L. Rabosky, 14 octobre 2021, PLOS Biologie.
DOI : 10.1371/journal.pbio.3001414
Le financement de l’étude a été fourni par la National Science Foundation et la Fondation David et Lucile Packard.
