Comment rats et souris se sont dotés d'un appareil masticatoire unique, clé de leur succès évolutif
Les rats et les souris sont des rongeurs au succès évolutif remarquable, comme en témoignent leurs 584 espèces actuelles et leur capacité à s'adapter à des milieux très différents. Les raisons de ce succès ne sont pas encore bien élucidées : l'une d'entre elles serait leur appareil masticatoire unique parmi les rongeurs. Des chercheurs de l'Institut de paléoprimatologie, paléontologie humaine : évolution et paléoenvironnements (CNRS / Université de Poitiers)1 viennent de décrire l'enchaînement évolutif qui a conduit les rats et les souris à acquérir cette caractéristique. Portant sur plusieurs centaines de spécimens actuels et fossiles, ces travaux ont utilisé les rayons X du Synchrotron européen (ESRF) à Grenoble. Ils ont permis de déterminer le régime alimentaire des espèces éteintes et de retracer l'histoire évolutive de ces rongeurs. Publiés dans la revue Evolution du mois de novembre 2013, ils offrent de nouvelles méthodes d'analyse pour étudier l'évolution des espèces.
Apparue en Asie il y a 12 millions d'années, la sous-famille de rongeurs appelée Murinae (souris, rats, etc.) s'est répandue dans tout « l'Ancien Monde » (Eurasie, Afrique, Australie) en moins de 2 millions d'années, une vitesse remarquable. Elle compte aujourd'hui 584 espèces, ce qui représente plus de 10 % de la diversité des mammifères actuels. Les chercheurs soupçonnent depuis longtemps que l'une des raisons de leur succès évolutif tient à leur appareil masticatoire unique. En effet, l'apparition de ce caractère coïncide avec une importante phase de diversification au sein de cette sous-famille et à leur rapide expansion.
Lors de cette étude, les chercheurs ont pu identifier deux moments évolutifs clés dans l'acquisition de cet appareil masticatoire. Le premier survient il y a environ 16 millions d'années, lorsque les ancêtres des Murinae passent d'un régime herbivore à un régime insectivore. Ce nouveau régime est favorisé par l'acquisition de mouvements masticatoires peu communs parmi les mammifères, dirigés de l'arrière vers l'avant mais qui continuent d'imbriquer les dents opposées. Ceux-ci leur permettent de diminuer l'usure et donc de mieux préserver des reliefs dentaires pointus, servant à percer le squelette externe des insectes. Puis, il y a douze millions d'années, les tous premiers Murinae retournent à un régime alimentaire herbivore tout en conservant leurs mouvements masticatoires. Ceci leur permet également d'utiliser leurs deux mandibules simultanément durant la mastication. Lors de ce changement de régime, ils se dotent d'un appareil masticatoire constitué de trois rangées longitudinales de cuspides (i.e., de reliefs). Leurs ancêtres, ainsi que les autres rongeurs apparentés comme les hamsters et les gerbilles, n'en possèdent que deux, tout comme les humains.
Pour reconstruire cet enchaînement d'événements évolutifs, les scientifiques ont étudié plusieurs centaines de dents de rongeurs actuels ou disparus à l'aide du faisceau de rayons X du Synchrotron européen (ESRF) à Grenoble. Ils ont appliqué des méthodes issues de la cartographie pour analyser des modèles numériques 3D de la morphologie dentaire de ces espèces. La comparaison des structures dentaires des rongeurs actuels et fossiles leur a permis de déterminer le régime alimentaire des espèces éteintes. De plus, l'étude de l'usure de leurs dentures a permis de reconstituer le sens de la mastication, de l'arrière vers l'avant ou oblique, de ces animaux.
Cette étude permet de retracer les « tâtonnements » de l'évolution aboutissant à une combinaison morphologique à l'origine de l'étonnant succès évolutif d'une famille animale. Les méthodes innovantes employées par les chercheurs pour analyser et comparer les appareils masticatoires permettront d'étudier les changements de régimes alimentaires chez d'autres mammifères éteints. Ceci pourrait être particulièrement intéressant pour les primates. En effet, avant l'apparition des hominidés, les primates ont connu plusieurs changements de régime alimentaire qui ont influé sur leur histoire évolutive postérieure.
Lors de cette étude, les chercheurs ont pu identifier deux moments évolutifs clés dans l'acquisition de cet appareil masticatoire. Le premier survient il y a environ 16 millions d'années, lorsque les ancêtres des Murinae passent d'un régime herbivore à un régime insectivore. Ce nouveau régime est favorisé par l'acquisition de mouvements masticatoires peu communs parmi les mammifères, dirigés de l'arrière vers l'avant mais qui continuent d'imbriquer les dents opposées. Ceux-ci leur permettent de diminuer l'usure et donc de mieux préserver des reliefs dentaires pointus, servant à percer le squelette externe des insectes. Puis, il y a douze millions d'années, les tous premiers Murinae retournent à un régime alimentaire herbivore tout en conservant leurs mouvements masticatoires. Ceci leur permet également d'utiliser leurs deux mandibules simultanément durant la mastication. Lors de ce changement de régime, ils se dotent d'un appareil masticatoire constitué de trois rangées longitudinales de cuspides (i.e., de reliefs). Leurs ancêtres, ainsi que les autres rongeurs apparentés comme les hamsters et les gerbilles, n'en possèdent que deux, tout comme les humains.
Pour reconstruire cet enchaînement d'événements évolutifs, les scientifiques ont étudié plusieurs centaines de dents de rongeurs actuels ou disparus à l'aide du faisceau de rayons X du Synchrotron européen (ESRF) à Grenoble. Ils ont appliqué des méthodes issues de la cartographie pour analyser des modèles numériques 3D de la morphologie dentaire de ces espèces. La comparaison des structures dentaires des rongeurs actuels et fossiles leur a permis de déterminer le régime alimentaire des espèces éteintes. De plus, l'étude de l'usure de leurs dentures a permis de reconstituer le sens de la mastication, de l'arrière vers l'avant ou oblique, de ces animaux.
Cette étude permet de retracer les « tâtonnements » de l'évolution aboutissant à une combinaison morphologique à l'origine de l'étonnant succès évolutif d'une famille animale. Les méthodes innovantes employées par les chercheurs pour analyser et comparer les appareils masticatoires permettront d'étudier les changements de régimes alimentaires chez d'autres mammifères éteints. Ceci pourrait être particulièrement intéressant pour les primates. En effet, avant l'apparition des hominidés, les primates ont connu plusieurs changements de régime alimentaire qui ont influé sur leur histoire évolutive postérieure.
© image réalisée par Vincent Lazzari (modifiée à partir d'une des figures du présent article).
Dent de rongeur herbivore étudiée avec trois indices différents.
(A) La hauteur de la couronne dentaire représente la hauteur de la dent divisée par la longueur. Un régime herbivore est considéré comme abrasif et nécessite une dent très haute pour compenser l'effet de l'usure.
(B) La complexité dentaire est représentée par le nombre de patchs visualisés en (B). Plus la dent est complexe, plus elle sera apte à fractionner la nourriture durant la mastication (ce que nécessite les végétaux).
(C) et (D)
L'indice volumétrique représente le volume de la dent divisé par le volume total (en violet) présenté en (C) et (D). Élaboré et testé lors de cette étude, il met en évidence l'émoussement ou au contraire le tranchant des dents selon les régimes alimentaires.
(A) La hauteur de la couronne dentaire représente la hauteur de la dent divisée par la longueur. Un régime herbivore est considéré comme abrasif et nécessite une dent très haute pour compenser l'effet de l'usure.
(B) La complexité dentaire est représentée par le nombre de patchs visualisés en (B). Plus la dent est complexe, plus elle sera apte à fractionner la nourriture durant la mastication (ce que nécessite les végétaux).
(C) et (D)
L'indice volumétrique représente le volume de la dent divisé par le volume total (en violet) présenté en (C) et (D). Élaboré et testé lors de cette étude, il met en évidence l'émoussement ou au contraire le tranchant des dents selon les régimes alimentaires.
© Vincent Lazzari, IPHEP (CNRS/Université de Poitiers)
Mastication et topographie dentaire chez les Murinae
A : Crâne de souris orienté
B : Rangées dentaires gauches d'une souris lors de la mastication (la flèche en noir indique la direction de la mandibule).
C : Carte topographique 3D d'une molaire supérieure appartenant à un rongeur fossile proche de l'ancêtre commun des Murinae actuels. Les flèches rouges indiquent la trajectoire de la molaire inférieure opposée lors de la mastication (transversalement). Le code couleur de la carte topographique indique les variations de pente (inclinaison) de la molaire, lesquelles sont liées au régime alimentaire.
D : Carte topographique d'une molaire supérieure appartenant à un Murinae fossile. Les flèches rouges indiquent la trajectoire de la molaire inférieure opposée lors de la mastication (de l'arrière vers l'avant). Le code couleur de la carte topographique indique les variations de pente (inclinaison) de la molaire, lesquelles sont liées au régime alimentaire.
A : Crâne de souris orienté
B : Rangées dentaires gauches d'une souris lors de la mastication (la flèche en noir indique la direction de la mandibule).
C : Carte topographique 3D d'une molaire supérieure appartenant à un rongeur fossile proche de l'ancêtre commun des Murinae actuels. Les flèches rouges indiquent la trajectoire de la molaire inférieure opposée lors de la mastication (transversalement). Le code couleur de la carte topographique indique les variations de pente (inclinaison) de la molaire, lesquelles sont liées au régime alimentaire.
D : Carte topographique d'une molaire supérieure appartenant à un Murinae fossile. Les flèches rouges indiquent la trajectoire de la molaire inférieure opposée lors de la mastication (de l'arrière vers l'avant). Le code couleur de la carte topographique indique les variations de pente (inclinaison) de la molaire, lesquelles sont liées au régime alimentaire.
Notes :
1 en collaboration avec des équipes de l'Institut de génomique fonctionnelle de Lyon (CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/ENS Lyon), de l'Institut des sciences de l'évolution de Montpellier (CNRS/Université de Montpellier 2/IRD) et de l'European Synchrotron Radiation Facility (Grenoble)
Références :
Correlated changes in occlusal pattern and diet in stem murinae during the onset of the radiation of old world rats and mice. Coillot Tiphaine, Chaimanee Yaowalak, Charles Cyril, Gomes-Rodrigues Helder, Michaux Jacques, Tafforeau Paul, Vianey-Liaud Monique, Viriot Laurent, Lazzari Vincent. Evolution. Volume 67, Issue 11, pages 3323–3338, Novembre 2013
DOI : 10.1111/evo.12172
DOI : 10.1111/evo.12172
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire