La métamorphose, un véritable moteur de diversité

Publié par Isabelle le 15/07/2020 à 13:00
Source: CNRS INEE
La métamorphose est une stratégie développementale complexe très répandue dans le règne animal (80 % des espèces d'insectes et plus de 50 % des vertébrés), induisant des changements morphologiques, physiologiques et d'environnements au cours de la vie (La vie est le nom donné :) d'un organisme. Des papillons aux grenouilles, la majorité des animaux qui nous sont familiers naissent avec une morphologie qui ne ressemble en rien à celle des adultes. Il a été montré dans de nombreuses études que le développement est un facteur pouvant avoir une incidence considérable sur la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) évolutive de la diversité. En particulier chez les espèces avec un développement complexe, qui ont tendance à subir des pressions sélectives plus variables au cours de leur vie en comparaison de celles qui ont des cycles de vie simple.

Dans un article publié dans la revue Nature Ecology & Evolution, une équipe de scientifiques du Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (LEHNA - CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) Claude Bernard (Claude Bernard, né le 12 juillet 1813 à Saint-Julien (Rhône) et mort le 10 février 1878 à Paris, est un médecin et physiologiste français.) Lyon 1 / Ecole nationale des travaux publics d'Etat), du Muséum (Salle d'exposition du Muséum Provincial (1908) à Toronto (Ontario, Canada) Mangattan Museum (2001) à...) de Londres (Londres (en anglais : London - /?l?nd?n/) est la capitale ainsi que la plus grande ville d'Angleterre et du Royaume-Uni. Fondée il y a plus de 2 000 ans par les Romains, la ville est aujourd'hui devenue un centre...), du University College London et du Florida Museum of Natural (Natural est un langage de programmation semi-compilé, édité par la société allemande Software AG.) History a étudié le rôle de la métamorphose et des changements environnementaux associés sur l'évolution de la diversité morphologique du système crânien chez les salamandres à partir d'un jeu de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) conséquent de morphométrie 3D. Les résultats montrent que la métamorphose permet une plus grande autonomie des os impliqués dans la prise alimentaire, facilitant ainsi une évolution rapide des régions qui sont remodelées au cours de la métamorphose durant la vie de l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit de substances organiques. On...).


© Quentin Martinez

Durant la métamorphose, les animaux subissent une transformation extrême et rapide de leur anatomie (L'anatomie (provenant du nom grec ἀνατομία anatomia, provenant du verbe ἀνατέμνειν anatemnein, se...) et mode de vie - incluant parfois des transitions entre des environnements différents - allant d'un état larvaire à adulte. D'une certaine façon, la métamorphose peut être vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) comme une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une...) naissance pour un animal, avec l'émergence d'un organisme totalement différent produit à partir d'un même matériel génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les gènes.). Les salamandres constituent un groupe modèle de choix pour étudier le rôle de la métamorphose sur la diversité car elles présentent des stratégies développementales très variées.

Par exemple, certaines espèces dites biphasiques, passent d'un état larvaire aquatique à des stades adultes avec un mode de vie terrestre. D'autres espèces, dites à développement direct (la majorité des salamandres sans poumons), suppriment la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) larvaire libre aquatique, subissant une métamorphose dans l'oeuf et donnant naissance à un juvénile terrestre ressemblant déjà aux formes adultes. Enfin, les espèces dites pédomorphiques (comme l'axolotl, la salamandre géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la séquence principale. Elles...) du Japon ou le protée par exemple) vivent toute leur vie en milieu aquatique, capable de reproduire avec une morphologie larvaire, éliminant la phase adulte terrestre et ne subissant plus de métamorphose (ou juste une métamorphose partielle).

Dans une étude parue dans la revue Nature Ecology and Evolution, des chercheuses et chercheurs du Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (LEHNA - CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1 / Ecole nationale des travaux publics d'Etat), du Muséum de Londres, du University College London et du Florida Museum of Natural History ont utilisé des données de morphologie 3D et des approches phylogénétiques pour estimer les taux d'évolution de la morphologie crânienne sur des espèces de salamandres avec différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité...) stratégies développementales afin d'évaluer les possible contraintes imposées par la métamorphose.

Les résultats montrent que les espèces aux stratégies développementales complexes (avec de multiples stades) telles que les espèces pédomorphiques ont un taux d'évolution beaucoup plus rapide que les espèces avec un développement direct ; les espèces biphasiques étant intermédiaires. De plus, ces changements de taux d'évolution morphologiques semblent coïncider avec les périodes où ont été estimées les changements de stratégies développementales au cours de l'évolution des salamandres.


Diversité de la morphologie crânienne chez les Urodèles (Caudata ou Urodela), ordre d'amphibiens qui gardent une queue à l'état adulte. © Anne-Claire Fabre

Par ailleurs, l'analyse indépendante de chacun des os du crâne (Le crâne est une structure osseuse ou cartilagineuse de la tête, caractéristique des crâniates (dont font partie les vertébrés). Le rôle principal du...) montre que ce sont les os qui sont remaniés au cours de la métamorphose et qui changent totalement de forme et de fonction (prise de nourriture) au cours du développement qui présentent les niveaux de disparité et les taux d'évolution morphologique les plus élevés chez les espèces biphasiques et à développement direct. A contrario, les espèces qui ne métamorphosent pas montrent des disparités et des taux d'évolution lent pour l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui...) des os du crâne.

Ainsi, cette étude montre que la métamorphose a profondément influencé l'évolution du système crânien chez les salamandres, permettant une plus grande autonomie des os impliqués dans la prise alimentaire et facilitant une évolution rapide des régions qui sont remodelées au cours de la métamorphose durant la vie de l'animal. Plutôt que de contraindre la variation des structures fonctionnelles (en lien avec les changements de régime alimentaire (Pour les régimes alimentaires d'ordre culturel pratiqués par l'Homme voir pratique alimentaire; Pour les régimes visant à perdre du poids voir régime amaigrissant.) et d'environnements), la métamorphose semble plutôt promouvoir l'évolution morphologique du système crânien des salamandres, ceci expliquant peut-être l'ubiquité de cette stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) développementale chez les animaux.

Référence:
Fabre, A-C; Bardua, C; Bon, M; Clavel, J; Felice, R; Streicher, JW; Bonnel, J; Stanley, EL; Blackburn, DC; Goswami, A, 2020. Metamorphosis shapes cranial diversity and rate (La rate (en grec ancien σπλήν (splēn), en latin lien, d'où les adjectifs splénique et liénal) est un organe fragile, profond, situé dans l'hypochondre gauche...) of evolution in salamanders. Nature Ecology and Evolution 10.1038/s41559-020-1225-3. (in press)

Équipes de recherche
- Laboratoire d'Ecologie des Hydrosystèmes Naturels et Anthropisés (LEHNA - CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1 / Ecole nationale des travaux publics d'Etat) - Muséum de Londres - University College London - Florida Museum of Natural History.
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