De nouvelles techniques d’analyse des défenses révèlent une augmentation de la testostérone chez les mammouths laineux mâles

Chez les éléphants mâles, une testostérone élevée pendant le musth était auparavant reconnue à partir de tests sanguins et urinaires. Des batailles incontournables chez des parents disparus d’éléphants modernes ont été déduites de blessures squelettiques, de pointes de défense cassées et d’autres éléments de preuve indirects.

Mais la nouvelle étude, dont la publication en ligne est prévue le 3 mai dans la revue Nature, est la première à montrer que les niveaux de testostérone sont enregistrés dans les couches de croissance des défenses de mammouth et d’éléphant.

Les chercheurs de l’UM et leurs collègues internationaux signalent chaque année des poussées récurrentes de testostérone – jusqu’à 10 fois supérieures aux niveaux de référence – dans une défense de mammouth laineux de Sibérie préservée dans le pergélisol. Le mammouth mâle adulte a vécu il y a plus de 33 000 ans.

Les poussées de testostérone observées dans la défense de mammouth correspondent aux pics de testostérone liés au musth que les chercheurs ont observés dans une défense d’éléphant taureau d’Afrique, selon les auteurs de l’étude. Le mot “musth” vient du mot hindi et ourdou pour ivre.

“Les schémas temporels de testostérone conservés dans les défenses fossiles montrent que, comme les éléphants modernes, les mammouths mâles matures ont souffert de musth”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Michael Cherney, chercheur affilié au UM Museum of Paleontology et chercheur à l’UM Medical School.

L’étude démontre que les défenses modernes et anciennes contiennent des traces de testostérone et d’autres hormones stéroïdes. Ces composés chimiques sont incorporés dans la dentine, le tissu minéralisé qui constitue la partie intérieure de toutes les dents (les défenses sont des incisives supérieures allongées).

“Cette étude établit la dentine comme un référentiel utile pour certaines hormones et ouvre la voie à de nouvelles avancées dans le domaine en développement de la paléoendocrinologie”, a déclaré Cherney. “En plus de vastes applications en zoologie et en paléontologie, les enregistrements d’hormones dentaires pourraient soutenir des études médicales, médico-légales et archéologiques.”

Les hormones sont des molécules de signalisation qui aident à réguler la physiologie et le comportement. La testostérone est la principale hormone sexuelle chez les vertébrés mâles et fait partie du groupe d’hormones stéroïdes. Il circule dans le sang et s’accumule dans divers tissus.

Les scientifiques ont déjà analysé les hormones stéroïdes présentes dans les cheveux, les ongles, les os et les dents humains et animaux, dans des contextes modernes et anciens. Mais la signification et la valeur de ces enregistrements hormonaux ont fait l’objet d’un examen et d’un débat continus.

Les auteurs de la nouvelle étude Nature affirment que leurs découvertes devraient aider à changer cela en démontrant que les enregistrements de stéroïdes dans les dents peuvent fournir des informations biologiques significatives qui persistent parfois pendant des milliers d’années.

“Les défenses sont particulièrement prometteuses pour la reconstruction d’aspects de l’histoire de la vie des mammouths, car elles conservent un enregistrement de la croissance des couches de dentine qui se forment tout au long de la vie d’un individu”, a déclaré le co-auteur de l’étude, Daniel Fisher, conservateur au UM Museum of Paleontology et professeur en le Département des Sciences de la Terre et de l’Environnement.

“Parce que le musth est associé à une testostérone considérablement élevée chez les éléphants modernes, il fournit un point de départ pour évaluer la faisabilité de l’utilisation d’hormones conservées dans les enregistrements de croissance des défenses pour étudier les changements temporels de la physiologie endocrinienne”, a déclaré Fisher, qui est également professeur à l’UM. Département d’écologie et de biologie évolutive.

Pour l’étude, les chercheurs ont échantillonné les défenses d’un éléphant mâle adulte d’Afrique et de deux mammouths laineux adultes – un mâle et une femelle – de Sibérie. Les échantillons ont été obtenus conformément aux lois en vigueur et avec les permis appropriés.

Les chercheurs ont utilisé des tomodensitogrammes pour identifier les incréments de croissance annuels dans les défenses. Un minuscule foret, opéré sous un microscope et déplacé à travers un bloc de dentine à l’aide de moteurs pas à pas actionnés par ordinateur, a été utilisé pour broyer des échantillons contigus d’un demi-millimètre de large représentant des intervalles mensuels environ de croissance de la dentine.

La poudre produite au cours de ce processus de broyage a été collectée et analysée chimiquement.

L’étude a nécessité de nouvelles méthodes, développées dans le laboratoire de l’endocrinologue UM et co-auteur de l’étude Rich Auchus, pour extraire les stéroïdes de la dentine des défenses pour les mesurer avec un spectromètre de masse, un instrument qui identifie les substances chimiques en triant les ions en fonction de leur masse et de leur charge.

« Nous avions développé des méthodes de spectrométrie de masse stéroïdienne pour les échantillons de sang et de salive humains, et nous les avons largement utilisées pour des études de recherche clinique. Auchus, professeur de médecine interne et de pharmacologie à l’UM Medical School.

“Nous avons dû modifier un peu la méthode, car ces poudres de défenses étaient les échantillons les plus sales que nous ayons jamais analysés. Lorsque Mike (Cherney) m’a montré les données des défenses d’éléphants, j’ai été sidéré. Ensuite, nous avons vu les mêmes schémas chez le mammouth – – Ouah!”

On pense que l’éléphant mâle d’Afrique avait entre 30 et 40 ans lorsqu’il a été tué par un chasseur au Botswana en 1963. Selon des estimations basées sur les couches de croissance de sa défense, le mammouth laineux mâle a vécu jusqu’à environ 55 ans. Sa défense droite a été découverte par une société d’extraction de diamants en Sibérie en 2007. La datation au radiocarbone a révélé que l’animal vivait il y a 33 291 à 38 866 ans.

La défense du mammouth laineux femelle a été découverte sur l’île Wrangel, qui était reliée au nord-est de la Sibérie pendant les périodes glaciaires de niveau de la mer inférieur, mais qui en est maintenant séparée par l’océan Arctique. La datation au carbone a montré un âge de 5 597 à 5 885 ans avant le présent. (L’île Wrangel est le dernier endroit connu où les mammouths laineux ont survécu, jusqu’à il y a environ 4 000 ans.)

Contrairement aux défenses mâles, les niveaux de testostérone de la défense de mammouth laineux femelle ont montré peu de variation dans le temps – comme prévu – et le niveau moyen de testostérone était inférieur aux valeurs les plus basses dans les enregistrements de défenses de mammouth mâle.

“Avec des résultats fiables pour certains stéroïdes à partir d’échantillons aussi petits que 5 mg de dentine, ces méthodes pourraient être utilisées pour enquêter sur les enregistrements d’organismes avec des dents plus petites, y compris les humains et d’autres hominidés”, ont écrit les auteurs. “Les enregistrements endocriniens dans la dentine moderne et ancienne offrent une nouvelle approche pour étudier l’écologie de la reproduction, l’histoire de la vie, la dynamique des populations, les maladies et le comportement dans des contextes modernes et préhistoriques.”

En plus de Cherney, Fisher et Auchus, les auteurs de l’étude de Nature sont Adam Rountrey et Scott Beld du UM Museum of Paleontology ; Perrin Selcer du Département d’histoire et du programme de l’UM dans l’environnement ; Ethan Shirley du Musée de paléontologie de l’UM et du Département des sciences de la Terre et de l’environnement ; Bernard Buigues de Mammuthus, France; Dick Mol du Musée d’histoire naturelle de Rotterdam, Pays-Bas ; Gennady Boeskorov de la branche sibérienne de l’Académie russe des sciences ; Sergey Vartanyan de la branche Extrême-Orient de l’Académie des sciences de Russie ; et Alexei Tikhonov de l’Académie russe des sciences et de l’Université fédérale du Nord-Est à Yakoutsk, en Russie.

Les spécimens de défense ont été scannés par tomodensitométrie dans les laboratoires de l’UM School of Dentistry, de Ford Motor Co., du Département des sciences de la Terre et de l’environnement de l’UM et des laboratoires de recherche orthopédique de l’UM. L’étude a reçu le soutien du programme de financement de démarrage de l’UM pour les collaborations interministérielles innovantes, Mcubed 3.0.

“C’est l’une des raisons pour lesquelles nous venons travailler tous les matins à l’Université du Michigan : pour faire des découvertes qui nous permettent de voir le monde d’une nouvelle manière”, a déclaré le co-auteur Selcer. “Le projet vous montre l’importance de la collaboration entre les écoles – grâce à Mcubed 3.0 – et de l’infrastructure d’instrumentation de l’université.”