La vie secrète des dents, des modèles d’Eco-Devo du développement de la molaire
Français
Une recherche suggère que de simples règles de développement peuvent aboutir à la variation complexe et infinie de la forme des dents comme les molaires chez les humains modernes et leurs proches parents.
Suivez-nous sur notre page Facebook et notre canal Telegram
Dans le monde des mammifères, les dents ont toutes sortes de formes et de tailles. Leur taille et leur forme particulières sont le processus de millions d’années de mise au point évolutive pour produire des dents qui peuvent efficacement décomposer les aliments dans le régime alimentaire d’un animal. En conséquence, les mammifères qui sont étroitement liés et ont un menu similaire ont tendance à avoir des dents qui semblent assez similaires. Mais de nouvelles recherches suggèrent que ces similitudes sont seulement apparentes.
Sommaire
La forme particulière des molaires
Les dents à l’arrière de nos bouches, les molaires, ont une série de bosses, de crêtes et de rainures à travers la surface de mastication. Ce paysage dentaire complexe est le produit de l’arrangement spatial des cuspides qui sont des projections de surface coniques qui écrasent les aliments avant de les avaler. Combien y a-t-il de cuspides, comment elles sont positionnées ainsi que leur taille et aspect déterminent la forme ou la configuration globale de notre molaire.
Au cours de l’évolution de l’hominien (les humains modernes et leurs ancêtres fossiles), les molaires ont nettement changé dans leur configuration, certains groupes développant de plus grandes cuspides et d’autres évoluant avec un ensemble de petites cuspides supplémentaires. La cartographie de ces changements nous a permis de mieux comprendre notre histoire de la population humaine moderne.
Il nous a même permis d’identifier de nouvelles espèces d’hominidés fossiles, parfois à partir de restes de dents fragmentaires et de reconstruire les espèces étroitement liées entre elles. Mais on ignore comment certaines populations d’humains modernes et certaines espèces d’hominidés fossiles ont évolué pour avoir des molaires complexes avec de nombreuses cuspides de tailles variables tandis que d’autres ont évolué vers des configurations molaires plus simplifiées.
Une simple règle de développement à l’origine de la complexité des dents
Dans une étude publiée dans Science Advances, une équipe internationale de chercheurs de l’Arizona State University, de l’Université de New York et de l’Institut Max Planck propose qu’une règle de développement simple et directe, connue comme la cascade de structuration (Patterning Cascade), est suffisamment puissante pour expliquer la variabilité massive de la configuration de la couronne molaire au cours des 15 derniers millions d’années d’évolution des singes et de l’homme.
L’emplacement des cellules de signalisation embryonnaires qui détermineront la position de la future cuspide est indiqué par des sphères jaunes (au centre). La distribution de ces centres de signalisation à travers le paysage dentinaire est mesurée par une série de distances intercuspidiennes (flèches rouges à droite et en haut), qui déterminent le nombre de cuspides qui se développeront à travers une couronne molaire ainsi que la quantité de terrain cartographiée par chaque cuspide (lignes pointillées à droite) – Crédit : Alejandra Ortiz et Gary Schwartz
Au lieu d’invoquer de grands scénarios compliqués pour expliquer les principaux changements dans l’évolution de la molaire au cours des origines hominiennes, nous avons constaté que de simples ajustements et modifications à cette seule règle de développement peuvent expliquer la plupart de ces changements selon Alejandra Ortiz de l’Arizona State University et auteur principale de l’étude.
Des cartes virtuelles du paysage dentaire
Au cours de la dernière décennie, on a considérablement amélioré la compréhension du développement des cuspides molaires. On sait désormais que la formation de ces cuspides est régie par un processus moléculaire qui commence à un stade embryonnaire précoce. Basé sur un travail expérimental sur des souris, le modèle en cascade de structuration prédit que la configuration molaire est principalement déterminée par la distribution spatiale et temporelle d’un ensemble de cellules de signalisation.
Les amas de cellules de signalisation (et leurs cuspides résultantes), qui se développent plus tôt, influencent fortement l’expression des cuspides qui se développent plus tard. Cet effet en cascade peut soit favoriser une augmentation de la taille et du nombre de cuspides supplémentaires, soit contraindre leur développement à produire des cuspides plus petites et moins nombreuses. On ignorait si ce phénomène de développement pourrait expliquer la vaste gamme de configurations molaires présentes à travers le singe et l’ascendance humaine.
En utilisant une tomographie micro-informatique et une technologie d’imagerie numérique de pointe appliquées à des centaines de molaires fossiles et récentes, Ortiz et ses collègues ont créé des cartes virtuelles du paysage dentaire des dents en développement pour tracer la localisation précise des cellules de signalisation embryonnaire à partir desquelles les cuspides se développent. À la grande surprise de l’équipe de recherche, les prédictions du modèle ont été confirmées, non seulement pour les humains modernes, mais pour plus de 17 espèces de singes et d’hominidés réparties sur des millions d’années d’évolution et de diversification des primates.
Non seulement le modèle explique les différences dans la conception molaire de base, mais il est également assez puissant pour prédire avec précision la gamme de variantes de taille, de forme et de présence de cuspides supplémentaires allant des plus subtiles aux plus extrêmes chez les hominidés fossiles et les humains modernes selon Ortiz.
La puissance des modèles d’Eco-Devo
Ces résultats correspondent à un corpus grandissant dans la biologie du développement évolutif selon lequel des règles de développement très simples et directes sont responsables de la génération de la myriade de complexités des caractéristiques dentaires trouvées dans les dents de mammifères.
Le résultat le plus excitant a été de déterminer si nos résultats correspondaient à une vision émergente selon laquelle l’évolution de l’anatomie complexe passe par de petits ajustements subtils selon Gary Schwartz, paléoanthropologue à l’Institute of Human Origins et un coauteur de l’étude.
Cette nouvelle étude est cohérente avec l’idée que des altérations simples et subtiles dans la façon dont les gènes codent pour des caractéristiques complexes peuvent aboutir à la vaste gamme de différentes configurations dentaires que nous voyons à travers les hominidés et nos proches parents. Cela fait partie d’un changement dans notre compréhension de la façon dont la sélection naturelle peut facilement et rapidement générer une nouvelle anatomie adaptée à une fonction particulière.
Il est remarquable que toute cette information précise et détaillée soit contenue profondément dans les dents selon Schwartz. Notre recherche, démontrant qu’une seule règle développementale peut expliquer la variation innombrable que nous observons chez les mammifères, signifie également que nous devons faire attention à inférer des relations d’espèces éteintes basées sur la forme partagée selon Shara Bailey, coauteure et paléoanthropologue à l’Université de New York. Il devient de plus en plus clair que les similitudes dans la forme des dents n’indiquent pas nécessairement une ascendance récente selon Bailey.
