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Un poisson de 415 millions d’années révèle la formation de la face

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En étudiant le fossile d'un poisson vieux de 415 millions d'années, des scientifiques du CNRS ont réussi à comprendre comment la face s'était assemblée lors de la transition entre vertébrés sans et avec mâchoires.

D'après les restes récupérés du Romundina, les chercheurs ont pu créer une reconstitution de ce poisson, portant le signe des vertébrés primitifs sans mâchoires en même temps que certains retrouvés uniquement chez tous les autres vertébrés. © Vincent Dupret, université d’Uppsala

Les vertébrés, c'est-à-dire les animaux possédant une colonne vertébrale, se distribuent en deux groupes en fonction de la présence ou de l'absence de mâchoires. De nos jours, les seuls vertébrés sans mâchoires, les cyclostomes, sont les lamproies et les myxines, alors que les vertébrés à mâchoires, les gnathostomes, représentent plus de 50.000 espèces, dont l'Homme. On savait déjà que les vertébrés à mâchoires dérivent d'ancêtres n'en possédant pas, mais beaucoup d'incertitudes sur la formation de la face persistent encore.

Dans un embryon de vertébré sans mâchoires, des masses de cellules spécifiques croissent vers l'avant de chaque côté du cerveau avant de se rencontrer dans le plan de symétrie pour former une lèvre supérieure très développée entourant une unique narine juste en avant des yeux. Chez un vertébré à mâchoires, au contraire, ces mêmes masses cellulaires croissent vers l'avant dans le plan de symétrie mais sous le cerveau, séparant les sacs nasaux qui s'ouvrent séparément vers l'extérieur. Voilà pourquoi notre visage a deux narines plutôt qu'une seule en plein milieu. La partie antérieure du cerveau est aussi beaucoup plus allongée chez un vertébré à mâchoires, ce qui permet au nez d'être en avant du visage plutôt qu'en arrière entre les deux yeux.

La lamproie est l'un des rares représentants des vertébrés sans mâchoires : les agnathes. © M. Buschmann, Wikimedia Commons, cc by sa 3.0

Romundina, un poisson à la jonction des vertébrés avec et sans mâchoires

Jusqu'à présent, on ne savait que peu de choses sur les étapes intermédiaires de cette étrange transformation. Une équipe internationale composée de chercheurs français du CNRS vient éclaircir une partie de ce mystère. Sa découverte, publiée dans la revue Nature, a permis d'expliquer l'origine de l'une des parties les plus importantes de notre anatomie, mais également le miroir de nos émotions : la face.

C'est là que le fossile de Romundina, un poisson cuirassé doté de mâchoires découvert dans l'Arctique canadien et dont le spécimen repose au Muséum national d'histoire naturelle, entre en scène. Romundina possède des narines bien séparées, mais logées loin en arrière du bout du museau, qui rappelle une lèvre supérieure de vertébré sans mâchoires. « Ce crâne présente un mélange de caractères primitifs et modernes, lui conférant une place de choix au sein des vertébrés, le rendant particulièrement précieux pour les paléontologues », déclare Vincent Dupret, un participant à cette étude.

En reconstituant virtuellement les structures internes de ce crâne grâce aux rayons X à l'European Synchrotron Radiation Facility (ESFR) de Grenoble, les auteurs ont montré que ce crâne abritait un cerveau très court à l'avant, comme chez un vertébré sans mâchoires. De fait, « Romundina est construit comme un vertébré à mâchoires, mais avec des proportions de vertébré sans mâchoires, détaille Per Ahlberg, un autre chercheur. Cela nous démontre que l'organisation de la majeure partie des masses tissulaires a été la première à changer, et que la forme de la tête ne s'est modifiée qu'ensuite. » En replaçant Romundina dans une séquence comprenant d'autres fossiles, certains plus primitifs et d'autres plus évolués, les auteurs offrent ainsi un scénario montrant les principales étapes de cette transformation, se terminant par le reflet qui nous observe chaque matin dans le miroir de la salle de bain.

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