L’asymétrie du crâne est née rapidement de la co-évolution des traits –

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  • Avez-vous déjà regardé un poisson plat comme une plie ou une sole, avec deux yeux d’un côté de la tête, et pensez: “Comment est-ce arrivé?”

    Tu es chanceux. Le biologiste de l’Université Rice, Kory Evans, a la réponse.

    «Les poissons plats font partie des vertébrés les plus étranges de la planète, et ils sont devenus très, très rapidement bizarres en changeant plusieurs traits à la fois sur une courte période de temps», a déclaré Evans, professeur adjoint de biosciences à Rice, spécialisé dans l’étude de l’évolution. des poissons sur de longues échelles de temps.

    De tous les mammifères, reptiles, oiseaux, amphibiens et poissons, les poissons plats sont de loin les plus asymétriques. Evans, l’auteur correspondant d’une étude sur l’évolution des poissons plats dans le Actes de l’Académie nationale des sciences, dit que cela aide à garder cela en perspective.

    «Imaginez n’importe quel autre animal», dit-il. «Par exemple, disons que vous marchez et que vous voyez un écureuil, et qu’un œil est ici et l’autre est là», dit-il en désignant deux endroits du même côté de son visage. «Cet écureuil passe un mauvais moment. Et il y a 800 espèces de ces poissons qui font juste cela.

    “La perspective aide à comprendre à quel point ces animaux sont étranges.”

    En termes d’évolution, l’asymétrie des poissons plats n’est pas seulement une nouveauté, c’est une innovation et un trait qui distingue les poissons plats même de leurs plus proches parents.

    Evans a déclaré que l’évolution des poissons plats est particulièrement intéressante car ils ont commencé comme des poissons symétriques typiques. Ils ont commencé à faire évoluer leur forme actuelle, ou morphologie, il y a environ 65 millions d’années, et en 3 millions d’années, ils avaient en grande partie terminé.

    “Nous avons obtenu toute cette nouvelle colonisation de la morphospace en 3 millions d’années”, a déclaré Evans. “Et regardez combien de temps s’est écoulé depuis. Donc, il y a une période très courte et très brève pendant laquelle toutes ces nouvelles formes et toutes ces espèces folles ont évolué.”

    Dans leur étude, Evans et ses co-auteurs Olivier Larouche de Rice et Sara-Jane Watson du New Mexico Institute of Mining and Technology ont découvert qu’une intégration étroite des traits génétiques chez les poissons plats conduisait à une sorte de cascade évolutive.

    “L’intégration est là où il y a un degré élevé de corrélation entre les traits, de sorte que si vous changez un trait, un autre trait sera également changé”, a déclaré Evans. «À des échelles de temps macroévolutionnaires, cela devient vraiment intéressant, car les traits commencent alors à co-évoluer les uns avec les autres. Donc si vous changez un trait, vous pourriez finir par en changer plusieurs autres.

    Il a déclaré que les traits peuvent devenir plus intégrés si leur développement morphologique est contrôlé ou influencé par des réseaux d’interactions génétiques partagés.

    “Si les réseaux de signalisation s’étendent pour englober de plus en plus de traits, alors vous pouvez théoriquement étaler les changements sur tout un organisme en utilisant le même réseau de signalisation, et vous pouvez changer très rapidement”, a-t-il déclaré. “C’est comme appuyer sur un bouton et retourner tout l’animal en même temps.”

    Evans, Larouche et Watson ont utilisé plusieurs méthodes pour reconstituer l’histoire de l’évolution des poissons plats. L’une était une méthode comparative phylogénétique qui suit l’histoire évolutive des traits entre et parmi les espèces. Les arbres phylogénétiques ont des branches qui montrent où les espèces divergent. “En règle générale, l’arbre est construit à l’aide de la génétique”, a déclaré Evans. “Donc, peut-être que nous aurons un tas de génomes pour toutes ces espèces. Et nous pouvons l’utiliser pour déterminer qui est le plus étroitement lié à qui. Ensuite, une fois l’arbre construit, je peux voir comment les traits ont changé au fil du temps en utilisant le schéma de ramification de l’arbre comme guide. “

    Les chercheurs ont également utilisé un scanner micro-CT dans le laboratoire d’Evans pour réaliser des scans 3D des crânes de plusieurs espèces de poissons plats. Les scans ont été utilisés pour créer des modèles morphométriques 3D qui pouvaient être comparés pour les différences de forme. Mais de nombreuses espèces de poissons plats sont si dissemblables qu’il n’était pas possible de “les séparer avec juste la forme ou simplement la phylogénie seule”, a déclaré Evans.

    Les chercheurs ont donc créé des modèles mathématiques complexes pour suivre le degré d’intégration entre différentes régions du crâne au cours des 65 millions d’années d’histoire des poissons plats et de leurs parents.

    “Nous avons constaté que les poissons plats étaient bien plus intégrés que les poissons non plats, et cela signifie que l’évolution de l’asymétrie pour les poissons plats a fini par être un processus intégré, impliquant essentiellement des changements sur tout le crâne”, a-t-il déclaré. «Au fur et à mesure que l’œil a migré, un tas d’autres choses ont également changé. Et c’est devenu additif. Ainsi, à mesure que le crâne de poisson plat était de plus en plus intégré, plus de choses ont commencé à changer, par unité de temps, par rapport à la génération précédente.

    Quant à savoir pourquoi les poissons plats ont évolué pour être asymétriques, Evans a déclaré que ce n’était pas le seul moyen de devenir plat.

    “D’autres poissons plats n’ont pas fait cela, comme les raies pastenagues”, a-t-il dit. “Ils sont simplement allés plats comme une crêpe. Mais leurs yeux ne sont pas tous les deux du même côté. Les remora (alias suckerfish) sont également un poisson d’apparence plate, et ils ne l’ont pas fait.”

    Étant donné que l’évolution est une compétition pour «la survie du plus apte», le succès évolutif du poisson plat soulève la question: l’asymétrie est-elle en quelque sorte avantageuse?

    “Je ne vais pas mentir,” dit Evans. “Je ne sais pas vraiment s’il y a un avantage. Je pense qu’ils l’ont fait parce qu’ils le pouvaient.”

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