Les muscles de la tête: nouveauté ou caractère ancestral ?
Publié par Adrien le 05/07/2019 à 08:00
Source: CNRS INSB
La tête des vertébrés est une structure complexe comportant plusieurs muscles qui, contrairement aux muscles du reste du corps, ne sont pas segmentés chez l'embryon. L'analyse du réseau de gènes régulant la formation des muscles chez l'amphioxus, un cousin des vertébrés (Les vertébrés forment un sous-embranchement du règne animal. Ce taxon, qui dans sa version moderne exclut les myxines, est considéré comme monophylétique. Il appartient à l'embranchement des...), a permis de proposer un nouveau scénario évolutif expliquant comment les muscles de la tête des vertébrés ont pu apparaître à partir de structures segmentées chez leur ancêtre. Cette étude est publiée dans la revue Nature Ecology and Evolution.

La tête des vertébrés est une structure complexe comportant plusieurs organes des sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement, suivi...) pairs très développés (yeux, oreilles etc..), le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité volontaire,...), des muscles, du cartilage (Le cartilage est un tissu conjonctif spécialisé formé par des cellules, les chondrocytes, de forme arrondie, généralement incluses...), des os et des nerfs connectés de manière à réaliser un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de fonctions. Les vertébrés font partie du groupe des chordés avec les tuniciers (ou urochordés) et les céphalochordés (i.e. amphioxus). Ni l'amphioxus ni les tuniciers ne possèdent de tête aussi complexe que celle des vertébrés et l'émergence de cette structure a probablement été associé à l'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) du style de vie (La vie est le nom donné :) prédateur (Un prédateur est un organisme vivant qui met à mort des proies pour s'en nourrir ou pour alimenter sa progéniture. La prédation est très courante dans la...) apparu dans ce groupe.


Figure: Les muscles de la tête des vertébrés (en jaune à droite de l'image) se forment à partir d'un mésoderme antérieur non segmenté, tandis que chez leur ancêtre, ainsi que chez un parent proche des vertébrés vivant aujourd'hui, l'amphioxus, ces muscles se forment à partir d'un mésoderme segmenté (en bleue à gauche de l'image). La question se pose donc de savoir quelle est l'origine évolutive de ces muscles des vertébrés. Sont-ils des structures nouvelles apparues au cours de l'évolution ? Sont-ils dérivés des structures segmentées ancestrales, par perte de la segmentation (De manière générale, le mot segmentation désigne l'action de segmenter, le fait de se segmenter ou son résultat. En particulier, le mot est employé dans les domaine...) ?
© Stéphanie Bertrand & Lydvina Meister

Tandis que de nombreux laboratoires se sont intéressés à l'histoire évolutive de la tête en se focalisant surtout sur le système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des nerfs, de l'encéphale, de la moelle épinière, etc. Il coordonne les mouvements musculaires,...), les chercheurs se sont ici intéressée à l'évolution des muscles de la tête. Si les muscles du corps chez les vertébrés sont segmentés au cours du développement, ce n'est pas le cas des muscles de la tête qui se forment à partir d'un mésoderme antérieur non segmenté. Tandis que chez leur ancêtre, ainsi que chez un parent proche des vertébrés vivant aujourd'hui, l'amphioxus, ces muscles se forment à partir d'un mésoderme segmenté. Il a été proposé que ce caractère soit ancestral chez le groupe des chordés. La question se pose donc de savoir comment les muscles non segmentés de la tête des vertébrés sont apparus et en quoi cette étape évolutive a éventuellement favorisé la complexification de cette structure.

Deux hypothèses évolutives s'affrontent: (1) les muscles de la tête correspondraient à des muscles antérieurs homologues à ceux de l'amphioxus mais ayant perdu le caractère segmenté, (2) ces muscles seraient une structure totalement nouvelle apparue spécifiquement dans la lignée des vertébrés. Pour essayer d'apporter des éléments de réponse, les chercheurs ont comparé les processus développementaux permettant la formation des muscles antérieurs chez l'amphioxus et ceux mis en oeuvre lors de la formation des muscles de la tête et du tronc (Un tronc peut être :) chez les vertébrés. En utilisant des approches fonctionnelles permettant de construire le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...) de régulation (Le terme de régulation renvoie dans son sens concret à une discipline technique, qui se rattache au plan scientifique à l'automatique.) génique associé à la formation des muscles, ils ont montré que les gènes maîtres de ce processus chez les céphalochordés sont les mêmes que ceux agissant dans le tronc des vertébrés et non de ceux agissant dans la tête. Ces 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 événement, etc.) permettent donc de proposer une hypothèse nouvelle concernant l'apparition des muscles non segmentés de la tête qui réconcilie les hypothèses les plus souvent proposées. Ainsi, ces muscles seraient homologues uniquement d'une région des muscles d'amphioxus en formation , la région ventrale, et leur apparition serait associée à une perte de la segmentation mais aussi à la perte de la région dorsale du territoire (La notion de territoire a pris une importance croissante en géographie et notamment en géographie humaine et politique, même si ce concept...) embryonnaire formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la...) les muscles antérieurs.

En savoir plus

Genetic regulation of amphioxus somitogenesis informs the evolution of the vertebrate head mesoderm.
Aldea D, Subirana L, Keime C, Meister L, Maeso I, Marcellini S, Gomez-Skarmeta JL, Bertrand S, Escriva H.
Nat Ecol Evol. 2019 Jul 1. doi: 10.1038/s41559-019-0933-z. [Epub ahead of print]
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