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Comment la vache (ou son ancêtre) a perdu un doigt

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Le pied des vaches, des chèvres, des moutons, et autres artiodactyles, a évolué à partir d'un membre à cinq doigts, pour se réduire à deux orteils reposant au sol, et deux ergots. Des chercheurs ont pisté les modifications génétiques responsables de cette évolution. Il faut peu de choses pour perdre un doigt...

Le pied de la girafe, comme celui du bétail, compte un nombre pair d'orteils. © Cburnett, Wikimedia Commons, cc by sa 3.0

Certains ongulés ont un nombre impair de doigts, comme le cheval, qui n'en a qu'un. Mais d'autres possèdent un nombre pair de doigts : c'est le cas des cochons, vaches, chèvres, moutons, hippopotames... Les animaux de notre bétail auraient perdu un doigt il y a bien longtemps, durant l'évolution de leurs ancêtres : deux orteils, à savoir le 3e et le 4e, symétriques et allongés, supportent le poids du corps grâce à un sabot fendu, alors que le 2e et le 5e doigts forment deux ergots rudimentaires. Cette évolution a facilité la course chez ces animaux.

Mais comment les gènes du développement sont-ils intervenus dans cette évolution ? C'est ce que se sont demandé des chercheurs de différents pays (Australie, États-Unis, France, Suisse) qui présentent dans Nature une hypothèse sur les origines génétiques de cette évolution.

Sachant que le développement des membres est contrôlé par les gènes architectes, aussi appelés gènes du développement ou gènes homéotiques (hox), les chercheurs ont comparé l'activité de ces gènes chez des embryons de souris et de bétail. La souris est un mammifère à cinq doigts comme l'Homme.

La patte du chevreuil se termine par un sabot fendu composé de deux doigts, avec deux ergots en arrière. © Joachim Bäcker, Wikimedia Commons, DP

L'atténuation d'une voie de signalisation expliquerait le pied des bovins

Les chercheurs ont observé un développement des membres assez similaire chez la souris et le bovin, mais des différences moléculaires apparaissaient dans le bourgeon de membre. Chez les embryons de souris, les facteurs de transcription HOX sont répartis de manière asymétrique dans le bourgeon : c'est cette répartition particulière qui dessine la forme d'un squelette avec cinq doigts. Chez les bovins, les moutons ou les chèvres, cette répartition devient symétrique. À l'échelle de l'évolution, cette perte de l'asymétrie aurait joué un rôle dans la modification du membre des ongulés à doigts pairs.

Les scientifiques ont aussi étudié la signalisation par la voie SHH (sonic hedgehog), car celle-ci contrôle l'expression des gènes Hox et le développement des doigts chez les mammifères. Ils ont ainsi trouvé que les cellules à l'origine du squelette des doigts n'exprimaient pas le récepteur de SHH, appelé Patched1 (Ptch1). Sans ce récepteur, le signal SHH ne peut pas être reçu et le développement de cinq doigts distincts n'a donc pas lieu. Du point de vue du génome, ce serait dû à une ou plusieurs mutations touchant l'élément régulateur spécifique des membres de l'expression de Ptch1. D'après Amandine Duchescne, de l'Inra de Jouy-en-Josas, qui a participé à ces travaux, « avec ce régulateur modifié dans les bourgeons de membres, Ptch1 ne peut pas être surexprimé comme il doit l'être normalement, et comme il n'y a pas suffisamment de récepteurs Ptch1, la protéine SHH diffuse plus largement dans le bourgeon de membre, ce qui est responsable de la perte d'asymétrie et de la réduction du nombre de doigts ».

Ces mécanismes génétiques, en particulier, cette voie de signalisation en quelque sorte désactivée par une modification d'un gène, ont donc conduit à la disparition d'un doigt et à ce pied symétrique. Ces ongulés, sur leurs deux sabots, ont alors pu courir plus vite...

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