L’évolution rapide des grenouilles de Tchernobyl montre comment les animaux s’adaptent pour vivre avec les radiations

Une analyse de la coloration de la peau dorsale de plus de 200 grenouilles mâles capturées dans 12 étangs de reproduction différents.

Extrémités du gradient de couleur de la grenouille orientale de San Antonio (Hyla orientalis). À gauche, un spécimen capturé à Tchernobyl à l’intérieur de la zone de haute contamination ; à droite, un spécimen capturé à l’extérieur de la zone d’exclusion. Germán Orizaola/Pablo Burraco, CC BY 4.0

L’accident survenu au réacteur quatre de la centrale nucléaire de Tchernobyl en 1986 a entraîné le plus grand rejet de matières radioactives dans l’environnement de l’histoire de l’humanité. Les conséquences de l’exposition aiguë à de fortes doses de rayonnement ont été graves pour l’environnement et la population humaine. Mais plus de trois décennies après l’accident, Tchernobyl est devenu l’une des plus grandes réserves naturelles d’Europe. Un large éventail d’espèces menacées y trouve aujourd’hui refuge, notamment des ours, des loups et des lynx.

Vue du réacteur 4 de la centrale nucléaire de Chornobyl depuis le lac Azbuchyn (Ukraine), 2019. Germán Orizaola

Les radiations peuvent endommager le matériel génétique des organismes vivants et générer des mutations indésirables. Cependant, l’un des sujets de recherche les plus intéressants à Tchernobyl consiste à essayer de détecter si certaines espèces s’adaptent réellement pour vivre avec les radiations. Comme pour d’autres polluants, les radiations pourraient constituer un facteur sélectif très puissant, favorisant les organismes dotés de mécanismes qui augmentent leur survie dans les zones contaminées par des substances radioactives.

Zone contaminée dans la zone d’exclusion de Tchernobyl (Ukraine). ArcticCynda

La protection de la mélanine contre les rayonnements

Nos travaux à Tchernobyl ont débuté en 2016. Cette année-là, à proximité du réacteur nucléaire endommagé, nous avons détecté plusieurs rainettes orientales (Hyla orientalis) présentant une teinte noire inhabituelle. L’espèce a normalement une coloration dorsale vert vif, bien que l’on puisse trouver occasionnellement des individus plus sombres.

La mélanine est responsable de la couleur sombre de nombreux organismes. Ce que l’on sait moins, c’est que cette classe de pigments peut également réduire les effets négatifs des rayons ultraviolets. Et son rôle protecteur peut également s’étendre aux rayonnements ionisants, comme cela a été démontré chez les champignons. La mélanine absorbe et dissipe une partie de l’énergie du rayonnement. En outre, elle peut piéger et neutraliser les molécules ionisées à l’intérieur de la cellule, comme les espèces réactives de l’oxygène. Ces actions réduisent la probabilité que les individus exposés aux rayonnements subissent des dommages cellulaires et augmentent leurs chances de survie.

Grenouille de Saint-Antoine (Hyla orientalis) mâle à un endroit situé à l’extérieur de la zone d’exclusion de Tchernobyl (Ukraine), 2019. Germán Orizaola

La couleur des grenouilles arboricoles de Tchernobyl

Après avoir détecté les premières grenouilles noires en 2016, nous avons décidé d’étudier le rôle de la coloration de la mélanine dans la faune de Tchernobyl. Entre 2017 et 2019, nous avons examiné en détail la coloration des rainettes orientales dans différentes régions du nord de l’Ukraine.

Pendant ces trois années, nous avons analysé la coloration de la peau dorsale de plus de 200 grenouilles mâles capturées dans 12 étangs de reproduction différents. Ces localités étaient réparties le long d’un large gradient de contamination radioactive. Elles comprenaient certaines des zones les plus radioactives de la planète, mais aussi quatre sites situés en dehors de la zone d’exclusion de Tchernobyl et dont les niveaux de rayonnement de fond ont servi de témoins.

Nos travaux révèlent que les rainettes de Tchernobyl ont une coloration beaucoup plus foncée que les grenouilles capturées dans les zones témoins à l’extérieur de la zone. Comme nous l’avons découvert en 2016, certaines sont d’un noir absolu. Cette coloration n’est pas liée aux niveaux de radiation que les grenouilles subissent aujourd’hui et que nous pouvons mesurer chez tous les individus. La coloration sombre est typique des grenouilles provenant de l’intérieur ou de la proximité des zones les plus contaminées au moment de l’accident.

Gradient de coloration de la grenouille orientale de Saint-Antoine (Hyla orientalis) dans le nord de l’Ukraine. Germán Orizaola/Pablo Burraco, CC BY-SA

Réponses évolutives à Tchernobyl

Les résultats de notre étude suggèrent que les grenouilles de Tchernobyl pourraient avoir subi un processus d’évolution rapide en réponse aux radiations. Dans ce scénario, les grenouilles ayant une coloration plus foncée au moment de l’accident, qui représentent normalement une minorité dans leurs populations, auraient été favorisées par l’action protectrice de la mélanine.

Les grenouilles foncées auraient mieux survécu aux radiations et se seraient reproduites avec plus de succès. Plus de dix générations de grenouilles se sont succédé depuis l’accident et un processus classique, bien que très rapide, de sélection naturelle peut expliquer pourquoi ces grenouilles foncées constituent aujourd’hui le type dominant de l’espèce dans la zone d’exclusion de Tchernobyl.

L’étude des grenouilles noires de Tchernobyl constitue une première étape pour mieux comprendre le rôle protecteur de la mélanine dans les environnements affectés par la contamination radioactive. En outre, elle ouvre les portes à des applications prometteuses dans des domaines aussi divers que la gestion des déchets nucléaires et l’exploration spatiale.

Lac Glyboke, zone d’exclusion de Tchernobyl (Ukraine), 2019. Germán Orizaola

Nous espérons que la guerre actuelle en Ukraine prendra bientôt fin et que la communauté scientifique internationale pourra retourner étudier, avec nos collègues ukrainiens, les fascinants processus d’évolution et de ré-ensauvagement des écosystèmes de Tchernobyl.

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Sources : Interesting Engineering, The Conversation – Traduit par Anguille sous roche