Les mammifères sont uniques à bien des égards. Nous avons le sang chaud et sommes agiles par rapport à nos parents reptiliens, mais il y a encore une autre différence. Les chercheuses Stephanie Pierce et Katrina Jones de l'Université de Harvard suggèrent que les mammifères sont uniques d'une autre manière : la composition de nos épines. La recherche a été publiée dans la revue Science .
Selon Pierce, la colonne vertébrale des mammifères ressemble essentiellement à une série de perles sur une ficelle, chaque perle représentant un seul os, une vertèbre. "Chez la plupart des animaux à quatre pattes, comme les lézards, les vertèbres ont le même aspect et fonctionnent de la même manière" , explique le chercheur.
Cependant, les épines des mammifères sont différentes. Différentes sections ou régions de la colonne vertébrale, telles que le cou, le thorax et le bas du dos, prennent des formes très différentes. Ils fonctionnent séparément et peuvent donc s'adapter à différents modes de vie, comme courir, voler, creuser ou grimper.
Mammifères : rubriques spécialisées
Alors que les épines des mammifères sont spécialisées, les régions sous-jacentes étaient considérées comme anciennes, remontant aux premiers animaux terrestres. On croyait que les mammifères avaient tiré le meilleur parti des plans anatomiques existants. Cependant, la nouvelle étude remet en question cette idée en examinant les archives fossiles.
"Aucun animal vivant aujourd'hui n'enregistre la transition d'un ancêtre "ressemblant à un lézard" à un mammifère" , déclare Jones. Pour ce faire, dit-il, vous devez vous plonger dans les archives fossiles et examiner les précurseurs éteints des mammifères, les synapsides non mammifères.Les synapsides non mammifères détiennent la clé pour comprendre l'origine des caractéristiques spécifiques aux mammifères, y compris la colonne vertébrale.
Reconstruction d'Edaphosaurus, un ancêtre mammifère primitif ; ses longues épines forment une voile sur son dos.
Mais étudier les fossiles n'est pas facile. Jones dit à cet égard que les fossiles sont rares et que trouver des animaux éteints avec plus de 25 vertèbres en place est incroyablement rare. Pour résoudre ce problème, des chercheurs ont rassemblé des collections de musées du monde entier pour étudier les fossiles d'animaux les mieux conservés qui vivaient il y a environ 320 millions d'années.
Une modification précoce des colonnes vertébrales des mammifères a été une première étape importante dans leur évolution. Au fil du temps, les modifications de la colonne vertébrale ont permis aux mammifères de se développer en une myriade d'espèces que nous connaissons aujourd'hui.
Évolution de la colonne vertébrale chez les mammifères
L'équipe de recherche a examiné des colonnes vertébrales fossiles, ainsi que plus de 1 000 vertèbres d'animaux vivants, notamment des souris, des alligators, des lézards et des amphibiens. Ils voulaient savoir si les régions vertébrales des mammifères étaient aussi anciennes qu'on le pensait, ou si les mammifères faisaient quelque chose d'unique.
"Si les régions vertébrales étaient restées inchangées tout au long de l'évolution, comme supposé, nous nous attendrions à voir les mêmes régions dans les synapsides non mammifères que nous voyons aujourd'hui chez les mammifères" , explique Pierce. Mais cela ne semble pas être le cas.
Lorsque les chercheurs ont comparé la position et la forme des vertèbres, ils ont trouvé quelque chose de surprenant. La colonne vertébrale avait gagné de nouvelles régions au cours de l'évolution des mammifères. Les premières synapsides non mammifères avaient moins de régions que les mammifères vivants.
Il y a environ 250 millions d'années, une nouvelle région s'est développée près des épaules et des pattes avant. Des changements spectaculaires ont également commencé à apparaître dans les membres antérieurs d'animaux connus sous le nom de peptides non mammifères.
Les scientifiques pensent que ces événements simultanés se sont probablement produits en conjonction avec des changements dans la façon dont les créatures marchaient et couraient.
Les chercheurs pensent qu'il existe une sorte de diaphonie au cours du développement entre les tissus qui composent les vertèbres et l'omoplate. Ils pensent également que cette interaction a entraîné l'ajout d'une région près de l'épaule à mesure que les membres antérieurs de nos ancêtres évoluaient pour prendre de nouvelles formes et fonctions.
Plus tard, une région a émergé près du bassin. Selon les chercheurs, c'est cette dernière région, la région lombaire borderless, qui semble s'adapter le mieux à différents environnements.
La dernière étape de la construction de la colonne vertébrale des mammifères peut être liée à des changements dans les gènes Hox, importants pour les régions de la colonne vertébrale au début de leur développement.
À cet égard, les chercheurs ont pu établir des liens entre les changements dans les squelettes d'animaux et les idées éteintes dans la biologie et la génétique modernes du développement. "Cette approche combinée nous aide à comprendre ce qui fait d'un mammifère un mammifère" , conclut Jones.