LA REPRODUCTION DES ORQUES

La Diversité Génétique

(English Translation further below)

Les orques épaulards sont des supers prédateurs,
ils ont colonisé toutes les mers et océans de la planète.
Le roi des mers suscite beaucoup d'intêret chez le public.

En effet le programme de réhabilitation de Keiko
(orque), acteur fétiche du film " Sauvez Willy " est un
des nombreux exemples. Il y a eu un engouement tel depuis
que le nombre d'orques dans les zoo marins n’a cessé d'augmenter.

Malheureusement pour les orques cette nouvelle industrie a fait
leur malheur. Il est vrai que cet animal si imposant qu’il soit, est
néanmoins doux, affectueux en captivité. Son intelligence et
son goût pour les jeux ne le rendent que plus intéressant.
Aussi reconnaît-on à cette espèce une rare intelligence, et
une force physique extraordinaire.

Bien que sa puissance fait de lui le roi des mers, il n’en
demeure pas moins un tueur sans pitié en liberté.
Par ailleurs comparativement à d'autres cétacés on
ne peut pas nier certaines caractéristiques surprenantes
chez les orques en ce qui concerne leur organisation sociale,
leur mode de vie et leur comportement.(Guinet, 2004).

Ce fut Mike Bigg et ses collègues qui firent les premières
études de terrain sur les orques. Ils eurent la difficile tâche
en suivant leur passion d'évaluer l'impact des captures
d'orques sur les populations sauvages des côtes pacifiques
de Colombie britannique et de l'état de Washington.

C'est suite à ses observations, et aux photographies d'orques
dans le Détroit de Johnston qu'est née la technique de la
photo-identification.

Puis John Ford se lança dans un programme de thèse
sur la communication acoustique des orques qui est très
particulière puisqu’il s’agit un véritable dialecte. C'est ainsi
que commença l'étude fabuleuse du cétacé le plus fascinant
au monde.

L’orque possède ainsi des caractéristiques surprenantes,
notamment un comportement reproductif différent
de la plupart des autres cétacés qui s’accouplent de manière
aléatoire. ( Hulot, 2000)

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ENGLISH TRANSLATION
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ORCA REPRODUCTION

KILLER WHALES REPRODUCTION

Genetic Diversity By Maryline Bomane

Killers whales or orca (Orcinus orca) are the top predators of the
ocean. They have colonized all the world’s ocean and seas. The
king of the ocean causes much interest.

Indeed, Keiko’s rehabilitation (the most famous captive orca who
starred in Free Willy movies) is one of many examples. There was
such a craze that since then the number of orcas in marine zoo has
steadily increased.

Unfortunately for killers whales, this new industry has caused
their plight. It’s true that this impressive animal is sweet and
affectionate in captivity. His intelligence and taste for games
makes him even more interesting. Also we must recognize that this
specie has a rare intelligence and extraordinary physical
strength.

While their power has made them the king of the seas, they remain
ruthless killers of the ocean. Also compared to other cetaceans we
can’t deny some of the surprising features of orcas regarding
their social, lifestyle and behavior. (Guinet, 2004).

It was Mike Bigg and his colleagues who made the first field study
on Orcas.

Following their passion was a difficult task, as they had to
assess the impact of killer whale catches on wild populations on
the Pacific coastlines, British Columbia and the state of
Washington.

« Photo-identification » was born following Big observations and
photos of killer whales in the Strait of Johnston.

Then John Ford was involved in Orca acoustic communication during
his PhD research…being very special because it is a true dialect.

This was the beginning of the wonderfull study of the most
fascinating cetacean in the world.

Killer whales have surprising characteristics, having a different
mating behavior than most other cetaceans who mate at random.
(Hulot, 2000)

Acknowledgments

I want to thank Mr Christophe Guinet, researcher at CNRS (CEBC),
for his priceless assistance.

Dr John Ford and Dr. L. Barrett-Lennard, for their publications.

And Mr E. Faure, researcher and teacher at University of Provence,
Marseille.

Circe and The Marine Mammal Center for their excellent website
documentations

Learn more about “la reproduction des orques”…

Maryline Bomane BSc Genius-Biology,

Master II (MSc), Oceanography

at COM (Marseille Oceanology Center)

Doctorante au sein de l’Equipe AEO (Adaptation –

Ecologie- Physiologie – Ontogénie) Univ. Montpellier 2

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Original work in French

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© 2005 Maryline C. Bossus All Rights Reserved.
All trademarks are the property of their respective owners.

LES ORQUES RESIDENTES

© 2005 www.montereybaywhalewatch.com All Rights Reserved.
All trademarks are the property of their respective owners.

Ecouter les vocalisations des orques résidentes** :

Premier

Deuxième

Troisième

Quatrième

Morphologie : l’aileron dorsal a un bout arrondi et habituellement forme un angle prononcé à l’arrière. Elles sont généralement plus petites que les migrateurs.

Répartition : elles se trouvent sur les bandes côtières et ne vont pas plus loin qu’à 550 km des cotes.

Alimentation : elles mangent toutes sortes de poissons mais ont une nette préférence pour le saumon et les calmars. Elles se déplacent en suivant leurs proies.

Langage : les orques résidentes sont très vocales, elles font des écholocations* fréquemment (ce qui leur permet de repérer leurs proies ainsi que ce qui les entourent.
Elles vocalisent pour garder à porter de voix les autres individus de leur groupe lorsqu’elles chassent.

Elles ont un dialecte* spécifique pour chaque groupe ainsi les enregistrements audio peuvent permettre de les identifier, et de déterminer si elles sont résidentes et a quel groupe elles appartiennent. Il y a ainsi un grand répertoire des appels distincts*, environ 12 par cosse.

Structure sociale : les orques résidentes sont liées entre elles par des liens sociaux très forts.

Les spécialistes comme Barrett-Lennard ont déterminé des liaisons grâce à des analyses génétiques qui permettent de confirmer le classement fait grâce à l’analyse des dialectes et de le préciser :

- « La matriline » (mot anglais) : c’est l’unité sociale de base des épaulards résidents, composée de femelles mûres et de leurs descendants immédiats et de la progéniture des descendants ; les descendants incluent aussi bien les femelles adultes que les males.

Les « matrilines » se composent en générale de 4 à 12 individus.

- Le cosse : c’est un grand groupe d’individu issu de la « matriline », qui voyage ensemble.

- Le clan : c’est un ou plusieurs cosses qui partagent un dialecte très proche (on peut parler d’ailleurs de clan acoustique). Les cosses dans un clan sont probablement descendues d’un groupe héréditaire commun et donc probablement plus étroitement liés entre eux, qu’avec les cosses des autres clans.

- La communauté : elle comporte toutes les cosses qui voyagent ensembles. Des cosses de différentes communautés n’ont jamais été vues ensemble. Une communauté se forme de manière passagère et peut regrouper jusqu'à 500 individus.

Les processus démographiques provocants l’apparition de nouvelles unités maternelles seraient la mort de la matriarche. Les filles se séparent et les fils resteraient associé avec l’une ou l’autre de leur sœur.

Cependant des travaux récents indiquent que les fils adultes ont une probabilité beaucoup plus forte de mourir peu après la mort de leur mère. Il semblerait que l’acceptation sociale des mâles par leur sœur au sein de l’unité maternelle soit liée à la présence de la mère. ( Guinet, 2004)

Vidéo d'orques résidentes

vers les Orques Migrateurs

LES TECHNIQUES DE CHASSE

Les orques chassent différentes types de proies et à chaque type de proie il y a une technique de chasse particulière selon la taille de la proie et le type d’orque qui chasse.

Voici, sous forme de poster, certaines techniques de chasse utilisées par les orques:



En Anglais
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En Français
French
bientot

LA REPRODUCTION DES ORQUES

Le système d’organisation sociale, pose aussi la question du système de reproduction et des mécanismes mis en place pour limiter les risques de consanguinité* au sein des unités maternelles.

Le système de reproduction et les mécanismes comportementaux associés ont été étudiés de façon détaillée chez les populations d’orques consommant principalement du saumon (les résidents) par le chercheur Lance Barrett-Lennard (2000).

Déterminer précisément les paramètres de la reproduction des cétacés est une tâche difficile. La plupart des informations sur la reproduction des orques ont été obtenue au moyen du suivi permis par la technique de photo-identification de populations sauvages mais aussi de l’analyse de données obtenues lors de chasse baleinière aux orques en Norvège et en Antarctique, et aux observations conduites en captivité.

En milieu naturel, les informations les plus détaillées ont été collectées pour les populations étudiées dans le Pacifique Nord en Colombie Britannique et dans l’état de Washington où des populations sont suivies depuis maintenant plus de trente ans. Ce sont les populations d'orques les plus longuement et précisément étudiées. Des données sont aujourd’hui disponibles pour d’autres populations d’orques étudiées en Alaska, dans l’archipel Crozet, en nouvelle Zélande et en Norvège. (Guinet, 2004)

La polygynie, c’est à dire qu’un mâle s’accouple avec plusieurs femelles, est généralement commune dans les espèces où les mâles ont une taille plus importante que les femelles. L’absence de dispersion chez certaines populations d’orque qui consomment du saumon posait la question du système de reproduction et des mécanismes mis en œuvre afin d’éviter les problèmes de consanguinité. A partir de l’étude du mode d’organisation sociale des groupes d’orques les chercheurs avaient rapidement émis l’hypothèse que ce n’était probablement pas les fils présents dans une unité familiale qui contribuaient à la reproduction dans cette unité.

Mais la question de qui étaient alors les mâles reproducteurs demeurait. (Guinet, 2004)

Les études qui ont suivi à long terme des groupes d’orques ont montré que les femelles choisissent de s’accoupler avec les mâles ayant le moins de vocalisations communes avec elles. C’est à dire le dialecte le plus éloigné. Menant en parallèle des analyses génétiques, les scientifiques se sont aperçus que plus le langage était éloigné, plus la distance généalogique entre les lignés était grande.

METHODES PAR BIOPSIE

Sachant le caractère matrilinéaire de la vie sociale des orques, Barrett-Lennard a choisi de faire des analyses sur l’ADN mitochondrial ou ADNmt pour identifier les populations, et établir les filiations* génétiques entre jeunes et leur mère. Et également sur l’ADN nucléaire et les microsatellites pour déterminer la méthode de reproduction des orques et les liens de paternité.

L'ADN Mitochondriale :

La biologie moléculaire est une source d’information sur l’histoire de l’évolution des espèces. Nous savons que chaque être est apparenté à un autre génétiquement. Mais l’image que nous avons de l’évolution génétique n'est pas très claire.

D’abord parce que cette étude est basée sur la comparaison des gênes du noyau où les mutations sont très faibles. Ensuite parce que les gênes du noyau sont hérités des deux parents et sont mélangés à chaque génération.

De plus, les recombinaisons rendent difficiles le suivi d’un segment particulier d’ADN. Mais le noyau n’est pas le seul organite des cellules eucaryotes à contenir de l’ADN.

Les mitochondries, présentes dans toutes les cellules eucaryotes contiennent leur propre ADN : l’ADN mitochondrial. Cette petite fraction d’ADN extra-nucléaire est plus apte à la filiation génétique et c’est pour cela qu’elle est utilisée par les chercheurs pour déterminer les filiations entre mère et petits chez les orques.

Le type d’hérédité de l’ADN mt est cytoplasmique (ou non Mendélienne). En effet, comme chez les animaux supérieurs, la cellule de l’œuf apporte toujours plus de cytoplasme au zygote que le spermatozoïde. L’hérédité est uniparentale et plus précisément maternelle. Les analyses faites avec l’ADNmt ne peuvent donc pas renseigner sur le système de reproduction, ni sur la paternité, et c’est donc pour cela qu’on utilise aussi les microsatellites. ( Chan-ng-yok, 2004)

La région la plus variable de l’ADNmt est la région codante pour l’ARNr, sa séquence change 100 fois plus vite que pour l’ARNr du noyau. En ce qui concerne les régions codantes pour l’ARNt et les protéines, leurs évolutions se font 10 fois plus vite que les proportions conventionnelles. D’autres éléments entrent en compte dans le taux de mutation élevé de l’ADN mt, notamment le manque de recombinaison, le manque de fidélité dans la réplication et les réparations défectueuses. Ce taux varie de 2 à 4% par millions d’années. Cette accumulation de mutation donne une bonne vue de la diversité génétique. En plus, il n’y a pas une dérive génétique, ni de sélection d’allèle contrairement à l’ADN nucléaire. On peut donc, à partir d’un échantillon d’une même population, remonter à un ancêtre commun.

L’ADN mitochondrial est donc un outil génétique avec les particularités d’être petit, ne subissant pas de recombinaison, ayant un taux de mutation élevé et étant transmis par la mère.

Méthode d'extraction de l'ADNmt :

Les analyses génétiques ont été faites sur des orques de la planète entière, en analysant la diversité de l’ADNmt codant pour l’ATPase 6*, l’ATPase 8 et l’ARNtPro* en prélevant des échantillons grâce à un fusil à fléchettes pneumatique en aluminium léger. Ces échantillons ont un diamètre de 30mm à 5mm, composés de peau et de graisse d’animaux.

L’ADNmt a été extraite de ses compartiments que sont les mitochondries par la méthode classique au phénol et au chloroforme et séparée de ces lipides et de ces protéines associées. Elle est ensuite amplifiée à l’aide d’amorces PCR* propres à chaque espèce.

Ensuite, il faut faire un séquençage d’ADNmt, puis on peut visualiser les fragments séquencés à l’aide de la radioactivité ou par fluorescence. ( Barrett-Lennard and Ellis, 2001)

L'ADN nucléaire et microsatellite :

La stratégie est de faire des comparaisons interspécifiques d’ADN de microsatellites.
L’ADN nucléaire est l’ADN contenu dans les noyaux des cellules.

Les microsatellites sont très polymorphiques. Il s'agit de séquences répétées en tandem (de deux à six paires de base) d'ADN contigu (par exemple -------GAGAGAGAGAGA-------) qui sont répandues partout dans les génomes des vertébrés.

Le taux de mutation des microsatellites est élevé et en conséquence, ils ont tendance à être hypervariables. La méthode d’analyse s’effectue de la même manière que pour l’ADNmt.

L’ADN nucléaire et les microsatellites permettent de mettre en évidence la méthode de reproduction des orques et les liens de paternité. ( Barrett-Lennard and Ellis, 2001)

RESULTATS

La première découverte a été que peu de mâles adultes contribuaient à la reproduction au sein d’une population et que ces mâles étaient âgés entre 30 et 40 ans et que leur moyenne d’âge était bien supérieure à une vingtaine d’années qui était l’âge considéré comme étant la maturité sociale chez cette espèce.

La deuxième découverte, cohérente avec les prédictions, était que les femelles, lorsqu’elles sont réceptives, s’accouplent avec les mâles qui ont des répertoires acoustiques les plus éloignés des leurs et appartenant le plus souvent à des clans acoustiques différents. Ces résultats confirment la fonction de signature de l’affiliation généalogique des dialectes et son rôle dans le système de reproduction des orques.

On peut construire un arbre phylogénique qui permet de voir cela : La diversité mondiale de l’ADN mitochondriale est faible chez les orques. Le niveau de faible diversité est connue chez les espèces ayant subi un goulot d’étranglement (bottleneck), et à la différence avec d’autres espèces, il y a peu de correspondances entre les populations géographiques et la distance génétique. (Hoelzel et al., 1998)

Un autre résultat intéressant a été de montrer que la vie reproductive des mâles adultes était relativement courte du fait d’un accès tardif à la reproduction, mais aussi apparemment du fait d’une diminution de la survie des mâles adultes qui accèdent à la reproduction, et qui pourraient indiquer d’une forte compétition entre mâles reproducteurs. (Guinet, 2004)

Les populations sympatriques d’orques présentes dans le Pacifique Nord et se nourrissant respectivement de mammifères marins et de poissons sont génétiquement plus distinctes entre elles que des populations présentes dans des océans différents : ce qui peut être observé morphologiquement (voir partie sur les différents types d’orques.)

Certaines populations régionales partageant la même écologie alimentaire, ne présentent pratiquement pas de variations de leur ADN mitochondrial uniquement transmis par la mère. Ces observations suggèrent qu’il y a eu expansion régionale à partir d’une lignée maternelle unique. L'analyse des séquences d'ADN mitochondrial (ADNmt) confirme que l'organisation sociale de ces orques repose sur un système composé d’individus apparentés maternellement.

Il y a des similitudes entre les populations résidentes du Nord-est du Pacifique et deux haplotypes des eaux d’Islande. Les haplotypes les plus différenciés sont ceux qui représentent la population passagère du Nord-est du Pacifique et l'une des populations de la mer de Ross.

Il y a peu de correspondances génétiques entre les populations de différentes régions, même si elles sont de même type par exemple : Les migrateurs du Nord-est du Pacifique n’ont aucun lien étroit avec les autres populations de migrateurs étudiés.

Une analyse comportementale des différentes populations d’orques, et notamment de leur écologie alimentaire : consommateurs de poissons ou consommateur de mammifères marins avaient amené dans un premier temps les chercheurs à structurer ces deux ensembles en deux ensembles distincts. Ce schéma semblait confirmer par les premières analyses génétiques qui montrait que les orques spécialisés dans la chasse aux saumons dans le Pacifique Nord étaient génétiquement plus différents des orques consommateurs de mammifères marins dans le même océan que ne l’étaient les orques consommateurs de hareng dans l’atlantique Nord.

Ces analyses suggèrent que les populations consommatrices de mammifères marins et de saumons auraient divergées il y a une centaine de millier d’années. (Guinet, 2004)
Les échanges permanents entre les deux autres sous-populations migratrices d’Alaska sont très rares ou inexistants, mais on ne peut exclure la possibilité d’un flux génétique entre elles par le biais d’accouplements occasionnels.
Les résidents et les migrateurs ne s’accouplent pas entre eux.
La division des orques en trois sous-populations régionales est justifiée au plan génétique.

Le faible niveau de différence génétique entre ces différentes populations peut indiquer que la population d’orque mondiale a subi dans le passé un effet de goulot d’étranglement* très marqué. Les traits de caractère de la mère sont passés à la génération suivante, et puisqu’ils limitent la reproduction entre différents types, la faible diversité génétique est maintenue.

De ce fait, la très faible diversité génétique ne nous permet pas d’étudier précisément la structuration géographique des différentes populations d’orques. L’hypothèse alternative est que la plus grande ressemblance génétique entre des populations d’orques pourtant géographiquement très éloignées pourrait résulter d’un processus de re-colonisation des océans Pacifiques Nord et Atlantique Nord par des lignées maternelles d’une même origine à partir de l’océan austral.

Localement ces émigrants auraient co-existés du fait d’une écologie alimentaire suffisamment différente avec des populations d’orques déjà présentes. Cependant cette vision reste tout à fait hypothétique et là encore des travaux de recherches sont nécessaires pour étudier ces questions. (Barrett-Lennard et Ellis, 2001)

LES TECHNIQUES DU GENE

Pour pouvoir étudier le génome des orques, et de tout autre être vivant, il est nécéssaire de maîtriser certaine techniques de la biologie moléculaire.

Pour connaitre la variabilité génétique des populations d'orques, il faut donc Extraire l'ADN des échantillons de peau prélevés par biopsie, puis faire une amplification de cet ADN par la méthode de PCR et enfin la séquencer.

AMPLIFICATION DE L'ADN

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SEQUENCAGE DE L'ADN

bientot...