D’où viennent les premiers doigts ?

Par Meriem Bourouba, Benjamin Verger et Nicolas Bisson

Mots clés : Billets de Blog, Bionum
Etiquettes: Acanthostega gunnari, Doigts, Eusthenopteron fordii, Evolution, Exaptation, Ichthyostega, Membre Chiridien, Tétrapodes, Tétrapodomorphes, Tiktaalik roseae

Le saviez-vous ? Les ailes de chauve-souris, les pattes de grenouille et de chat ont le même schéma d’organisation alors que ces espèces et leurs membres sont très différents les uns des autres ! En particulier ils possèdent, comme nous, des doigts. Mais d’où viennent-ils ? Nous avons mené l’enquête !

On retrouve des doigts chez les chauve-souris, grenouilles, chats et plus généralement chez les animaux tétrapodes.

Tétrapodes c’est quoi ? C’est un groupe d’animaux qui ont un cou et quatre membres dits chiridiens.

Mais Chiridien Kezako ? Derrière ce terme obscur se cache l’organisation en trois parties des os des membres des tétrapodes. En partant du tronc de l’animal, un os  (humérus ou fémur) puis deux os (ulna/radius ou fibula/tibia) et enfin plein de petits os qui constituent la main ou le pied de l’animal.

Les doigts sont les extrémités des membres des tétrapodes et ne sont pas apparus pas comme magie.  Les tétrapodes n’ont d’ailleurs pas toujours existé et leurs membres particuliers qui comportent des doigts non plus. Si on veut savoir d’où viennent les doigts on peut s’intéresser à l’apparition des premiers tétrapodes. Ces derniers apparaissent à la fin de la période du Dévonien soit il y a environ 368 millions d’années. Durant cette période, une transition s’est effectuée dans le milieu aquatique. On passe d’une nageoire charnue (une nageoire reliée par un seul os au au tronc) à rayons dermiques (dont l’extrémité est constitué de rayon exosquelettique osseux) à une nageoire avec des doigts : le membre chiridien.

Durant cette période la nageoire de certains individus s’est modifié. On est passé d’une nageoire charnue (relié par un seul os au tronc) à rayons dermiques à une nageoire charnue sans rayons dermiques et avec des doigts : le membre chiridien.

 

Pour comprendre cette transition on a choisi d’interviewer des fossiles du Dévonien proches des tétrapodes. On a pu dialoguer avec ces fossiles grâce à un procédé révolutionnaire. On aurait bien voulu vous en parler mais il a été classé secret défense. Ils nous ont fait part de l’histoire de leur découverte et de leur vie passée.

On a pu en interviewer 3 sur les 5 les deux autres n’ont pas donné suite à nos demandes d’interview.

Nous avons d’abord interviewé le plus vieux d’entre eux.

Interview d’Eustache Eusthenopteron foordi

I- Bonjour monsieur Eustache comment allez vous ?

A- Je vais plutôt bien merci, malgré que j’ai un peu mal dos. Vous savez quand vous avez 385 millions d’années, on n’est plus tout jeune !

I- D’où venez vous ?

A- On m’a découvert en 1881 dans le parc national de Miguasha au Québec. Mais dans ma jeunesse j’étais un grand aventurier qui parcourait les mers d’Europe et d’Amérique du Nord.

I- Vous savez que vous êtes un poisson très célèbre qui a…

A- Evidemment que je suis célèbre ! Ce n’est d’ailleurs pas la première interview que j’accorde. J’étais, à ma découverte, un modèle fossile de poisson proche des tétrapodes !

I- Qu’est-ce qui vous faire dire cela ?

A- Comme vous j’ai des nageoires avant et arrière charnues constituées de plusieurs os  humérus–ulna–radius et fémur–tibia–fibula et d’autres petits os mais avec des rayons dermiques aux extrémités.

I- Donc vous n’avez pas de doigts ?

A- Non je n’ai pas de doigts mais j’ai de petits os avant mes rayons dermiques qui ressemblent à ceux de votre paume.

I- Vous avez un temps été célèbre mais pourquoi êtes vous si peu connu aujourd’hui ?

A- C’est vrai qu’on m’a un temps considéré comme un invité de choix : j’ai été l’un des premiers fossiles découverts et identifié comme étant proche des tétrapodes mais d’autres espèces de fossiles plus récents ont été découverts par la suite et j’ai été mis au placard.

I- Qu’est ce qu’ils avaient de plus intéressant ?

A- Ils étaient plus proches des tétrapodes que moi, en terme de parenté.

I- Merci de nous avoir accordé de votre temps précieux, Mr Eustache je vais de ce pas les interroger !

Notre prochain invité est Madame Rose Tiktaalik roseae.

Interview de Rose Tiktaalik roseae

I- Bonjour Madame Rose , comment allez-vous ?

E- Je vais très bien, surtout depuis qu’on m’a déterrée, un peu d’air frais m’a fait un bien fou !

I- Pardon de cette question indiscrète, mais quel âge avez-vous ?

E- Ne vous inquiétez pas mon âge me met en valeur, j’ai dans les 375 millions d’années.

I- D’où venez-vous ?

E- On m’a déterrée dans le Canada arctique en 2004. Pendant deux ans les chercheurs m’ont bichonnée et se sont penchés sur ma petite personne. En 2006 on m’a consacré un article entier pour me mettre en valeur.

I- Qu’est ce qu’on y dit sur vous ?

E- Eh bien je suis un poisson qui partage beaucoup de caractéristiques avec les tétrapodes.

Sur mon fossile on peut voir que les os de mes nageoires charnues comportent la même organisation que les vôtres. J’ai des petits os avant les rayons dermiques, dont des prémices de doigts, comme mon cousin Patrick Panderichthys. J’ai en plus comme vous un cou gracieux et mobile, pas comme tous ces poissons arriérés dont la tête est soudée aux épaules par d’horribles os dermiques. A contrario des affreuses sardines en boites ma boîte crânienne est aplatie et mes yeux sont sur le dessus de mon crâne comme les magnifiques crocodiles.

I- Mais rassurez moi, vous n’êtes pas un crocodile ?

E- Pas du tout je ne suis même pas un tétrapode ! Sur mon fossile on peut voir des traces d’écailles chatoyantes qui couvrent mon corps de rêve et d’élégantes nageoires avant et arrière ornées magnifiquement de rayons.

I- Dès votre entrée sur le plateau j’ai remarqué vos magnifiques nageoires.

E- Oh ! Que vous êtes gentil, on en fait plus des comme ça, comme on dit. Regardez nos poignets se ressemblent un peu, avec quasiment les mêmes os.

I- En effet vous avez raison ( rire ). Maintenant pouvez-vous m’en dire un peu plus sur votre vie passée ?

E- Eh bien j’habitais des eaux peu profondes comme celles des marécages où je nageais, à la recherche de proies. Pourtant je pouvais aussi me soulever grâce à mes robustes nageoires avant et me stabiliser avec mes nageoires arrières. Hélas.. je ne pouvais pas marcher sur la terre ferme car mes nageoires sont trop petites pour me soutenir.

I- Quel dommage ! … Merci d’avoir répondu à mes questions Madame Rose !

Notre dernier invité est Alex Acanthostega gunnari le plus jeune de nos fossiles.

Interview d’Alex Acanthostega gunnari

I-  Bonjour , bienvenue à vous Mr. Alex Acanthostega gunnari.

A- Bonjour …

I- Parlez nous de votre découverte ?

A- Je suis le premier fossile entier de mon espèce, découvert en 1987 par J. Clark lors d’une de ses explorations mais je ne suis pas le premier fossile de mon espèce. Le premier, Erik Jarvik n’en a retrouvé qu’un crâne, en 1933.

I- A quelle époque viviez vous ?

A- Je vivais il y a 363 millions d’années dans un marais paisible ou il faisait bon vivre.

I- Dans un marais ? Qu’est ce que vous y faisiez ?

A- J’y étais un prédateur vigilant qui ne laissait aucune proie lui échapper.

I- Qu’est ce que vous avez de si particulier ?

A- Je possède des membres antérieurs et postérieurs complets avec des doigts au bout !  Je suis donc un tétrapode ! Je suis d’ailleurs le plus ancien fossile de tétrapode connu à ce jour. Mes pattes avant ont 8 doigts et celles arrières 7 ce qui aurait pu faire de moi un très bon pianiste.  

I- Des doigts ? Mais notre amie Rose qui date d’une époque qui vous est juste antérieure n’en a pas.

A- Rose possède des rayons dermiques que je n’ai pas… Moi j’ai seulement des doigts.

I- D’accord ! Mais dites moi, que faisiez vous de vos journées, des balades autour du marais ?

A- Eh bien non ! Ma musculature n’étant pas assez développée je préfère rester dans l’eau car mes muscles ne supportent pas mon poids.

I- Vous ratez les bienfaits d’une bonne balade en forêt. Merci en tout cas Mr Alex d’avoir répondu à nos questions.

Grâce à nos invités, nous avons des informations sur l’apparition des premiers doigts.

Eustache n’avait pas de doigts, il avait des nageoires charnues à rayons dermiques avec des os ayant une mise en place semblable aux nôtres. Les deux premières parties du membre chiridien sont présentes mais la troisième ne l’est qu’en partie et il n’y a aucun signe de doigts.

Rose n’avait pas de doigts non plus. Elle avait elle aussi des nageoires charnues à rayons dermiques avec les deux premières parties du membres chiridien et une troisième partie plus développé qui comporte même des prémices des doigts.

Eustache Eusthenopteron fordii et  Rose Tiktaalik roseae sont donc proches des tétrapodes, mais ce ne sont pas des tétrapodes. Du coup on les a classé comme vertébrés tétrapodomorphes.

Alex, lui, avait des doigts complètement formés à l’extrémité de ses membres et sans rayons dermiques ! Alex a donc des membres chiridiens complets ce qui fait de lui l’un des premiers tétrapodes.

Ces fossiles sont des preuves d’étapes de transition entre une nageoire charnue à rayons dermique et une nageoire charnue dotée de doigts : le membre chiridien.

Pour expliquer la transition entre les membres de Rose et d’Alex une hypothèse probable serait en deux grandes étapes chez des espèces proches de celle de Rose : une perte au cours des générations des rayons dermiques puis le développement des doigts. La perte des rayons dermiques puis le développement des doigts a dû se faire avant l’apparition de l’espèce d’Alex et après celle de Rose soit entre -375 et -363 millions d’années.

Le membre chiridien est juste une nageoire modifiée dont les rayons dermiques ont été perdus et les doigts se sont développés, ce n’est pas une nouveauté terrestre mais apparu chez des espèces aquatiques comme Alex. Ce n’est pas du tout une adaptation à la vie terrestre mais une exaptation, c’est à dire que les membres chiridiens nageurs d’Alex ont juste changés de fonction et sont devenus marcheurs chez des espèces plus récentes que lui.

D’ailleurs Alex a 8 doigts aux pattes avant et 7 doigts aux pattes arrières alors que les doigts des animaux actuels sont moins nombreux.  Il y a donc d’autres étapes de transitions vers des pattes avec moins de doigts comme nos 5 doigts ou l’unique doigt des chevaux.

Nos doigts qui nous permettent tant de choses, n’ont pas la même fonction que les premiers doigts. Ces derniers, apparus il y a près de 368 millions d’années avec les premiers tétrapodes, étaient plus nombreux et servaient surtout à la nage.

Bibliographie

« L’évolution des stratégies de locomotion – Partie 2 – La conquête du milieu aérien ». Decembre 2016 http://odyssee-terrestre.blogspot.com/2016/12/levolution-des-strategies-de-locomotion.html.

« Tiktaalik, un nouveau témoin de la transition poissons Sarcoptérygiens – Tétrapodes — Planet-Terre ». Consulté à l’adresse. http://planet-terre.ens-lyon.fr/article/tiktaalik-2006-06-01.xml#Nature440-Shubin.

J.CLACK, « le premier pied à terre » Pour la Science, février 2006, N° 340, p 30-36.

J.CLACK, « les premiers tétrapodes vivaient dans l’eau » La Recherche, mars 1997, N°296, p 58-61.

Mondéjar Fernández, Jorge. « The origin of tetrapods and the transition to land ». Revue. Palais de la découverte (Paris, France)372 (1 février 2011): 21.

https://www.researchgate.net/profile/Jorge_Mondejar_Fernandez/publication/272795672_The_origin_of_tetrapods_and_the_transition_to_land/links/54ef0cfc0cf25238f93b8fb0/The-origin-of-tetrapods-and-the-transition-to-land.pdf

« The axial skeleton of the Devonian tetrapod Ichthyostega | Nature » Consulté à l’adresse .https://www.nature.com/articles/nature03893.