En biologie, un débat de longue date concerne les dents. Est que ce sont les écailles des anciens poissons qui se sont déplacés dans la bouche avec l’origine des mâchoires ou si la dent avait sa propre origine évolutive. Des études récentes sur des espèces telles que le poisson-zèbre ont montré que les écailles et les dents provenaient de groupes de cellules différents dans des embryons de poisson en infirmant ainsi l’hypothèse de l’origine des dents à partir des écailles.
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Le débat sur l’origine des dents
Mais même si la plupart des poissons ont des os, une ancienne lignée qui inclut les requins, les raies et les Rajidae possède des squelettes composés entièrement de cartilage. Ces poissons cartilagineux conservent certaines caractéristiques primitives qui n’existent plus chez leurs homologues osseux incluant de petites écailles épineuses incorporées dans leur peau qu’on connait comme des denticules cutanés qui ressemblent de façon frappante à des dents.
Désormais, des chercheurs de l’Université de Cambridge ont utilisé des marqueurs fluorescents pour suivre le développement cellulaire d’un poisson cartilagineux, un petit Rajidae, et ils ont découvert que ces écailles épineuses proviennent du même type de cellules que les dents qui sont les cellules de la crête neurale.
Les dents et les écailles proviennent des mêmes cellules chez les requins et les raies
Les résultats, publiés dans la revue PNAS, soutiennent l’hypothèse selon laquelle, ces écailles de denticules se sont déplacé dans les bouches émergentes des vertébrés à mâchoires pour former des dents.1 Les vertébrés à mâchoires représentent désormais 99 % de tous les vertébrés vivants allant des poissons aux mammifères. Les écailles de la plupart des poissons modernes sont très différentes de celles des premiers vertébrés selon l’auteur de l’étude, le Dr Andrew Gillis du Département de zoologie de Cambridge et du Laboratoire de biologie marine de Woods Hole.
Une lignée de denticules située le long du tronc et de la queue de la raie. Les denticules sont des organes ressemblant à des dents agencés dans une ligne au dessus de la colonne vertébrale – Crédit : Andrew Gillis, Gillis Lab
Les écailles primitives avaient une structure beaucoup plus semblable à une dent, mais elles n’ont été conservées que dans quelques lignées vivantes incluant celle des poissons cartilagineux tels que les raies et les requins. La peau du requin est entièrement recouverte de denticules cutanés selon Gillis et cela explique pourquoi cette peau a été utilisée comme papier de verre dès l’âge du Bronze.
En classant les différents types de cellules dans les embryons, nous avons pu tracer leur développement et nous montrons que, contrairement à la plupart des poissons, le denticule du requin ou de la raie se développe à partir des cellules de la crête neurale comme les dents. Les cellules de la crête neurale sont au centre du processus de développement des dents chez les mammifères et nos résultats suggèrent une relation évolutive profonde entre ces écailles de poissons primitifs et les dents des vertébrés.
Une ancienne ossature externe qui aurait servi de blindage
Les premiers vertébrés sans mâchoires étaient des mangeoires filtrantes en aspirant de petites proies dans l’eau et c’est l’apparition des mâchoires et des dents qui a permis aux vertébrés de consommer des proies plus grandes et plus complexes. Le nom même de ces écailles, des denticules cutanés, fait allusion au fait qu’elles sont formées de dentine qui est un tissu calcifié dur qui constitue l’émail. Les denticules cutanés sur les requins et la raie et très probablement sur les vertébrés sont des restes du premier squelette minéralisé des vertébrés qui était un genre de blindage.
Un seul denticule cutané dans une raie en éclosion. La denticule minéralisée est teinte en rouge et le cartilage sous-jacent est en bleu – Crédit : Andrew Gillis, Gillis Lab
Ce blindage aurait atteint son apogée il y a 400 millions d’années dans des espèces de vertébrés sans mâchoires qui sont désormais disparus et elle aurait servi aux scorpions de mer à se protéger contre la prédation. Les chercheurs supposent que ces anciens blindages étaient multi-couches. Il y a une fondation de l’ossature et une couche externe de dentine avec différentes couches dérivant de différentes cellules dans les embryons.
Ces couches ont ensuite été conservées, réduites ou perdues dans différents revêtements de vertébrés au cours de l’évolution. Cet ancien squelette cutané a subi des réductions et des modifications considérables au fil du temps selon Gillis. Les requins et la raie ont perdu la sous-couche osseuse tandis que la plupart des poissons ont perdu la couche externe dentinaire semblable à une dent. Quelques espèces telles que les Polypteridae, un poisson populaire pour des aquariums, ont préservé des aspects des 2 couches de cette ancienne ossature externe.
